Analisa beam rusun dengan frame 3DD

A. Pendahuluan

A.1. Pengertian Balok Beam

Balok adalah bagian dari structural sebuah bangunan yang kaku dan dirancang untuk menanggung dan mentransfer beban menuju elemen-elemen kolom penopang. Selain itu ring balok juga berfungsi sebag pengikat kolom-kolom agar apabila terjadi pergerakan kolom-kolom tersebut tetap bersatu padu mempertahankan bentuk dan posisinya semula. Ring balok dibuat dari bahan yang sama dengan kolomnya sehingga hubungan ring balok dengan kolom bersifat kaku tidak mudah berubah bentuk.Pola gaya yang tidak seragam dapat mengakibatkan balok melengkung atau defleksi yang harus ditahan oleh kekuatan internal material. Beberapa jenis balok antara lain : • Balok sederhana bertumpu pada kolom diujung-ujungnya, dengan satu ujung bebas berotasi dan tidak memiliki momen tahan. Seperti struktur statis lainnya, nilai dari semua reaksi,pergeseran dan momen untuk balok sederhana adalah tidak tergantung bentuk penampang dan materialnya. • Kantilever adalah balok yang diproyeksikan atau struktur kaku lainnya didukung hanya pada satu ujung tetap • Balok teritisan adalah balok sederhana yang memanjang melewati salah satu kolom tumpuannya. • Balok dengan ujung-ujung tetap ( dikaitkan kuat ) menahan translasi dan rotasi • Bentangan tersuspensi adalah balok sederhana yang ditopang oleh teristisan dari dua bentang dengan konstruksi sambungan pin pada momen nol. • Balok kontinu memanjang secara menerus melewati lebih dari dua kolom tumpuan untuk menghasilkan kekakuan yang lebih besar dan momen yang lebih kecil dari serangkaian balok tidak menerus dengan panjang dan beban yang sama.

 Balok beton Pelat beton yang dicor di tempat dikategorikan menurut bentangan dan bentuk cetakannya. Balok merupakan elemen struktural yang utamanya memikul beban lateral. Beban-beban yang bekerja pada balok akan menghasilkan gaya reaksi pada titik tumpu/perletakan balok. Beban-beban yang bekerja juga akan menghasilkan gaya geser dan momen lentur pada balok, Efek total dari semua gaya yang bekerja pada balok menghasilkan gaya geser dan momen lentur pada balok, menimbulkan gaya dalam berupa tarikan dan tekanan, dan menimbulkan lendutan pada balok. Balok dapat berbeda-beda berdasarkan jenis perletakan, profil (bentuk potongan melintang), panjang, dan jenis materialnya.

A.2. Program Frame3DD

Frame3DD merupakan sebuah aplikasi yang dapat memvisualisasikan bentuk struktur menggunakan GNUplot dan mengitung besarnya gaya dan momen yang bekerja pada suatu desain struktur dimana nilai utama telah dimasukan pada input file dengan susunan dan urutan yang telah baku.

Kebutuhan data input pada program Frame3DD antara lain :

• joint coordinates, • member geometry, • material moduli, • restrained joints, • prescribed displacements, • load information, and • optionally, mass information if a modal analysis is to be carried out.

B. Tujuan

Tujuan : Mempelajari penggunaan aplikasi frame 3DD dalam menganalisis rencana struktur bangunan yang telah kita desain dengan menggunakan program komputasi teknik. Dari hasil simulasi diharapkan kita memehami konsep pembebanan satatik maupun dinamik.

. C. Rencana Struktur

Berikut rencana bagian struktur beam yang akan dijadikan objek analisis.

Gambar 1. Rencana Balok-Kolom (satu seksi) Spesifikasi balok beam sebagai berikut :

• Material utama : Beton kualitas K-225

• Dimensi : tiang ukuran 30 x 30 cm, balok melintang 30 x 40 cm

• Panjang Bentangan terbesar 5,7 meter, terpendek 5,6 meter

Spesifikasi rencana pembebanan :

Beban terpusat pada node sambungan, diasumsikan beban total yang disangga oleh 4 kolom.

1. Percobaan 1, Asumsi beban total pada lantai 3 adalah beban beton atap ( 5,6mx5,7mx0,2m). dari hasil perhitungan dengan spesifik berat beton 2,2 ton/m3 maka berat beton atap = 14044 kg, sehingga gaya total adalah (14044 kg x 9.81 m/s2)= 137.639N, gaya setiap node sambungan beam-kolom 137639/4 =34.400N

2. Percobaan 2, kondisi Percobaan 1 ditambah gaya eksternal sebesar 1000 N arah sumbu Y positif.

D. Input

Input pada program Frame3DD adalah berupa rangkaian kode dengan urutan dan karakteristik tertentu yang diketik pada format Notepad atau Ms. Excel (dalam format .csv). Rangkaian kode yang ditulis secara berurutan memuat :

• Jumlah dan posisi Node (8);

• Peletakan Frame terhadap Node (jumlah frame 12);

• Asumsi Node yang tetap dan bergerak (terhadap sumbu tertentu);

• Node yang mengalami gaya eksternal (4 node);

• Asumsi gaya gravitasi yang bekerja pada arah vertical (sumbu z-negatif pada analisis 3D).

Dalam input yang diberikan pada tugas ini, beberapa perhitungan dianggap “0” (diabaikan) karena struktur diasumsikan sebagai struktur sederhana. Sesuai dengan rencana desain (Gambar-1), maka kondisi input adalah sebagai berikut :

• Jumlah Node ditentukan 8 buah, dengan 4 Node berada pada dasar bangunan sehingga dianggap sebagai “fixed node” (=1),

• Jumlah Frame adalah 12 buah,

• Perhitungan Ax, Asy, Asz, Jxx, Iyy dan Izz diasumsikan dihitung pada profil potongan solid rectangular cross section, dan mengikuti formula sebagai berikut :

Luasan,

Ax = b.d

Asy = 1,64.b.d

Asz = b.d

Inersia,

Jxx = 1/3 (b.d3+b3.d)

Iyy = 1/12 (b.d3)

Izz = 1/12 (d.b3)

• Modulus Elastisitas, Massa jenis/Density dan lainnya disesuaikan pada spesifikasi beton standar

K-225 (SNI-), • Gravitasi ditetapkan sebesar -981,456 cm/s2, searah dengan sumbu z negative,

• Gaya eksternal pada Node 5-6-7-8 sebesar -34400N (arah z Negative),

• Gaya eksternal pada Node 5-8 sebesar 10000 N (arah sumbu Y positif) untuk percobaan 2.

Berikut screenshoot input pada Ms. Excel untuk Posisi Node, Tumpuan/Titik Reaksi, Frame, dan Asumsi Gaya Eksternal.

Gambar 2. Input Posisi Node percobaan-1 dan 2

Gambar 3. Tumpuan percobaan-1 dan 2

Gambar 4. Input Frame percobaan-1 dan 2

Gambar 5. Asumsi Gaya Eksternal percobaan-1

Gambar 6. Asumsi Gaya Eksternal percobaan-2

E. Output GNUplot

Hasil running program frame3DD terbagi menjadi 2 jenis file yaitu file berupa text atau csv. dan grafis. File berupa tabel csv berupa nilai Node displacement and rotation, frame elemen end forces, reaction, dan peak frame element internal force.

Untuk file grafis berikut disajikan keluaran yang berupa GNUplot pada percobaan-1 dan 2.

Gambar 7. File GNUplot Percobaan-1

Gambar 8. File GNUplot Percobaan-2