Excel Untuk Teknik Sipil (Part-2) – EBC For STAAD

Dikesempatan kali ini saya akan coba untuk berbagi spreadsheet buatan saya yang bernama “Excel beam calculation”.

Apa itu “Excel beam Calculation” ?

Excel beam calculation (EBC) adalah spreadsheet program hitung balok yang dibuat dengan bantuan microsoft excel. Keluaran (output) dari program ini adalah luas dan jumlah kebutuhan tulangan lentur (utama), geser dan torsi dari sebuah balok. Selain itu, juga dilengkapi dengan kontrol regangan beton dan baja tulangan untuk mengetahui status desain tulangan yang terpasang pada balok tersebut apakah kurang (under reinforcement), seimbang (balanced reinforcement) atau kah malah berlebih (over reinforcement).

Sekedar sebagai catatan,

keadaan balok yang under, balanced dan over reinforcement sangat penting untuk dikontrol dan diketahui, karena ini hubungannya dengan cara balok dalam mengalami keruntuhan, apakah nanti balok tersebut bersifat ductile failure (runtuh tarik), balance (runtuh seimbang), ataukah brittle failure (runtuh tekan).

ductile failure adalah mode keruntuhan yang diharapkan karena memberikan tanda berupa lendutan sebelum balok mengalami keruntuhan, hal ini dikarenakan baja tulangannya sudah leleh terlebih dahulu sebelum beton mencapai regangan maksimalnya (dengan kata lain, beton belum hancur tapi baja tulangannya sudah leleh). Keadaan demikian ini “menguntungkan” bagi kepentingan kelangsungan hidup manusia, karena ada peringatan tentang lendutan membesar sebelum runtuh.

balance adalah mode keruntuhan yang paling diharapkan dan sangat ideal, karena hancurnya beton bersamaan dengan lelehnya baja tulangan. Karena beton dan baja rusak secara bersamaan, maka kekuatan beton dan baja tulangan dapat dimanfaatkan sepenuhnya, sehingga penggunaan material beton dan baja tersebut jadi lebih hemat. (Tapi dalam prakteknya sangat sulit dicapai karena beberapa faktor,… apakah faktor-faktor tersebut ? nanti akan saya akan jelaskan di episode berikutnya hehe :D)

brittle failure adalah keadaan yang paling tidak diharapkan dan harus dihindari, karena beton lebih dulu hancur sebelum melelehnya baja tulangan. Hal ini terjadi karena tulangannya terlalu kuat (over reinforced), sehingga saat betonnya akan hancur baja tulangannya masih belum leleh, sehingga ketika diatas balok diberi tambahan beban yang besar, maka tak ayal lagi akan grubyaaaaaak…… (terjadilah keruntuhan mendadak tanpa peringatan terlebih dahulu),… bisa almarhum tuh orang orang dibawahnya kejatuhan balok beton hehe… :D

Penjelasan secara lengkap mengenai ini akan saya jelaskan di posting saya berikutnya yang berjudul “ Perencanaan Balok Dengan Tulangan Rangkap-Part 1”

Input program EBC adalah data material balok meliputi lebar dan tinggi penampang balok (b dan h), selimut beton (d), jarak titik berat tulangan tarik ke serat tepi beton tarik (ds), kuat karakterisitik beton (fc), mutu baja tulangan (fy dan fys), ukuran diameter tulangan rencana (reinf), serta momen ultimite (Mu), geser ultimate (Vu) dan torsi ultimate (Tu) yang terjadi pada balok.

Untuk Mu, Vu dan Tu, dihitung sendiri melalui hitungan manual atau melalui bantuan software analisa struktur seperti SAP, STAAD, ETABS,… dan lain sebagainya.

Tidak ada yang istimewa dari program EBC ini dari sisi interface. Interface EBC hanyalah sekumpulan data yang ditata sedemikian rupa didalam tabel-tabel (cell) yang disediakan oleh excel.

Mengapa demikian?

Karena memang tujuan dari pembuatan EBC ini difokuskan untuk menampung banyak data, yaitu data2 element balok struktur dan gaya dalam dari element2 balok struktur tersebut.

Data2 tersebut kemudian diolah sedemikian rupa dalam tabel excel untuk didapatkan desain tulangannya.

Berikut adalah screenshoot program EBC

Terus bagaimana cara penggunaan Spreadsheet (program) EBC ini ?

Sebelum kita akan membahas lebih lanjut mengenai bagaimana cara penggunaan EBC ini, Mungkin ada baiknya sobat download dulu file staad.rar dibawah ini sebagai bahan untuk pembahasan.

download : staad.rar

(Catatan : setelah didownload, extract “staad.rar, kemudian buka file “structure1.std” dengan menggunakan STAAD)

1. Katakanlah saya akan menganalisa sebuah pemodelan struktur portal dengan bentuk geometri seperti berikut ini (file ‘structure1.std)

Element/member balok = 7

         Dimensi element/member balok

         R2 = 20/35, member : 10, 11, 12, 13

         R3 = 20/30, member :2, 5, 8

Element/member kolom = 6

         R1 = 30/30, member : 1, 3, 4, 6, 7, 9

Frame portal terdiri dari balok – kolom dengan ukuran seperti diatas. Lebar antar kolom arah – X = 4 m, arah – Y = 5 m, dan tinggi portal = 4 m, diatasnya terdapat pelat setebal t = 12 cm yang menyangga beban hidup sebesar 100 kg/m2.

Untuk mencari gaya-gaya dalam yang terjadi, maka saya menggunakan STAAD Pro sebagai program bantu untuk menganalisanya.

Lhooo,… kenapa yang dipakai STAAD Pro? bukan SAP, ETABS atau yang lainnya ?…

ya sebenarnya pakai SAP, ETABS ataupun yang lainnya tidak jadi masalah, hanya saja EBC yang saya buat lembar input data untuk memasukan data gaya dalam sudah disesuaikan dengan settingan lembar output gaya dalam dari STAAD, jadi tinggal di copy paste aja gitu,… hehehe ^_^

Yup,.. kembali ke topik.

1. Dari analisa STAAD didapat gaya2 dalam (momen, geser dan torsi) sebagai berikut :

Catatan :

1. Untuk mengakses output gaya axial, momen, geser dan torsi seperti diatas, bisa didapat melalui menu Post Procesing. (lihat gambar bawah)

2. Setting ‘Force Units” agar ouput satuan untuk distance, axial forces, shear forces dan bending moment berturut-turut yaitu mm, N, N, dan KNm. Untuk keperluan ini, sobat bisa mengaksesnya di tools ‘Change Graphical Display Units’

3. Saya tidak akan membahas lagi dasar-dasar operasi STAAD, karena saya anggap sobat sudah paham. Bagi sobat yang belum paham silahkan sobat pelajari di posting “Perencanaan Ruko Dua Lantai Dengan Program Bantu STAAD Pro Part 1 – 4”

2. Hasil output tersebut diatas kemudian di copy dengan cara mengklik kiri 2x di pojok kiri atas (tepatnya ditulisan “beam”) sehingga semua data terselect dengan blok berwarna hitam, kemudian dilanjutkan dengan meng klik kanan dan pilih Copy

3. Buka program Excel, kemudian Paste – kan hasil copy tersebut (hasilnya seperti gambar dibawah ini).

4. Sekarang seleksi dan copy kembali data hasil paste tersebut, tapi hanya pada bagian distance dan gaya dalamnya saja. (lihat gambar dibawah)

5. Buka EBC – kemudian klik pada tab sheet “OUTPUT STAAD” kemudian Paste kan hasil Copy tadi ke sheet ini.

sehingga hasilnya seperti ini :

6. Klik tab sheet “Rencana Balok”, kemudian inputkan data rencana balok sesuai dengan data yang telah kita masukan pada STAAD, yaitu TYPE 2 =R2 = 20/35 dan TYPE =R3 = 20/30.

Ketik di cell (A,2) = 2

Ketik di cell (B,2) dan (C,2) masing-masing = 200 dan 350

Ketik di cell (A,3) = 3

Ketik di cell (B,3) dan (C,3) masing-masing = 200 dan 300

Catatan :

R1 = 30/30 tidak usah dimasukan karena R1 adalah type kolom. EBC hanya untuk desain balok bukan desain kolom, jadi R1 tidak dianalisa)

Okey!, sampai step ini kita telah selesai menginput semua data yang diperlukan, yaitu data gaya dalam dan data balok rencana. Sekarang saatnya untukmengetahui hasil desain tulangan dari masing2 element balok.

7. Klik sheet “TulanganLentur”. Select atau blok cell (A,16-18) sampai dengan (BD,16-18)kemudian copy lah sampai 7x kebawah (cat : karena jumlah baloknya ada 7, jadi ngopy nya harus 7). Lihat gambar bawah.

Hasilnya seperti ini,

8. Ganti atau isi membernya dengan nomor element balok yang akan dianalisa yaitu element 2, 5, 8, 10, 11, 12, 13. Kemudian ganti typenya sesuai dengan type element/member dari STAAD, yaitu type 2 (20/35) untuk member10, 11, 12, 13 dan type 3 (20/30) untuk member 2, 5, 8 (Lihat gambar dibawah).

Sekarang anda perhatikan kolom yang saya beri kotak memanjang kebawah berwarna hijau. Kolom tersebut adalah kolom untuk input data ds dan reinf.

ds adalah Jarak titik berat tulangan tarik sampai serat tepi beton beton bagian tarik. Sedangkan reinf adalah ukuran diameter tulangan rencana.

reinf = 13, maksudnya :

Tulangan utama yang saya rencanakan berdiameter 13 mm

ds = 44.5, maksudnya :

selimut beton + diameter begel +1/2 (diameter tulangan utama)

= 30 mm + 8mm + 1/2 (13)

= 44.5 mm

9. Untuk melihat hasil desain tulangan, geser slider ke kekanan. Hasilnya seperti gambar dibawah.

Catatan :

Dari tabel diatas, terlihat bahwa balok member 2 didesain dengan tulangan tumpuan 2 D 13 atas-bawah dan lapangan 2 D 13 atas-bawah. Sedangkan lebar ukuran balok member ini adalah 20 cm, jadi jarak bersih antar tulangan pada arah mendatar sangat mencukupi sekali (9.6-1 SNI 03-2847-2002).

Nah,… kalau seandainya (ini misalkan saja lho ya), balok member 2 ini menerima momen yang lebih besar lagi (ingat : ini hanya misal), sehingga desain tulangan yang didapat didaerah lapangan adalah 6 D 13 (bawah), maka ds seperti yang saya jelaskan dilangkah no 8 harus di cek ulang

mengapa dicek ulang :

Karena space balok tidak cukup untuk 6 tulangan jika dipasang dalam 1 lapis. Sehingga beberapa tulangan harus dipasang satu lapis lagi diatasnya, untuk menghindari jarak antar tulangan yang terlalu rapat pada arah mendatar

Dengan dipasangnya 1 lapis tulangan diatasnya maka jarak titik berat tulangan tarik ke serat tepi beton bagian tarik (ds) otomatis akan berubah. (coba lihat gambar bawah)

ds = selimut beton + diameter sengkang + diameter tulangan utama + 1/2 (jarak antar tulangan arah vertikal)

ds = 30 mm + 8 mm + 13 mm + 1/2 (25mm)

ds = 64 mm

Jadi nilai ds nya tidak 44.5 mm lagi sob,… tapi 64 mm (Bila seandainya desain tulangan balok 6 D 13,…)

Sekedar sebagai catatan, bahwa jarak minimal antar tulangan mendatar harus lebih besar dari 25 mm dan disarankan lebih besar dari 40 mm. (9.6-2 SNI 03-2847-2002). Sedangkan untuk arah yang vertical minimal sejarak 25 mm

Dengan berubahnya ds, maka beberapa variabel yang lain akan terpengaruh, sobat harus cek lagi. Kemudian perhatikan lagi regangan bajanya saat beban ultimate, apakah semua tulangan sudah leleh (cek yang lapis atas), jika yang atas sudah leleh maka yang bawah sudah pasti leleh.

Nah,.. selesai, mudahkan sob,... smile_teeth

Spreadsheet EBC ini intinya cuman copy-paste aja kok. Sobat tinggal copy output gaya dalam dari STAAD ke sheet “OUTPUT STAAD” program EBC, kemudian masukan rencana dimensi balok, setelah itu dengan sedikit edit dan copy-paste di sheet tulangan lentur, geser dan torsi, maka desain tulangan akan didapatkan.

Terus bagaimana untuk mendapatkan tulangan geser dan torsi ?

Tinggal Copy-Paste aja sob,… hehe. Langkahnya sama persis seperti langkah nomor 7

Tulangan geser

Tulangan torsi

EBC akan menghitung momen pikul yang harus ditahan oleh penampang, jika momen pikul yang harus ditahan penampang (K) lebih besar dari momen pikul maksimal yang sanggup ditahan oleh penampang (Kmaks), maka balok harus dihitung dengan tulangan rangkap atau penampang balok harus diperbesar,

EBC tidak akan menganalisa balok yang bertulangan rangkap, oleh karena itu sebaiknya penampang balok diperbesar saja. Namun seandainya jika sobat tidak ingin merubah penampang yang berarti balok harus diberi penulangan rangkap, maka sobat bisa menggunakan EBC2, dimana file dan materinya akan saya posting di edisi berikutnya.

Insya Alloh,…

VERIFIKASI

Tentunya hasil desain yang didapat tidak langsung serta merta dianggap valid dan bisa langsung diaplikasikan dilapangan, harus ada check ulang terhadap hasil desain sebagai bentuk“control” sebelum hasil desain tersebut benar-benar akan diaplikasikan. Nah,… sob, untuk keperluan itulah kita butuh adanya “sesuatu”

Apakah “sesuatu” tersebut?

Sesuatu tersebut adalah : “Verifikasi”

Mengapa perlu verifikasi ?

karena dengan melakukan verifikasi berarti kita telah melakukan peninjauan kembali terhadap hasil yang didapat, sehingga dengan begitu akan lebih menjaga mutu atau kualitas desain dan bisa dipertanggungjawabkan.

Okey!, sekarang kita akan verifikasi kembali hasil desain yang didapat.

Kita ambil contoh pada balok nomor 2.

Dimensi balok : 20/30

Panjang balok : 3.00 m

Check desain tulangan terpasang dan tinggi minimal penampang

Dari analisa yang dilakukan oleh EBC, didapat

d min : 146.562 mm = 14.65 cm

As perlu (tumpuan kiri) : 146.618 mm2

As perlu (Lapangan ) : 168.399 mm2

As perlu (tumpuan kanan) : 146.618 mm2

As min : 223.563 mm2

Desain dari EBC, didapat :

As terpasang (tumpuankiri) : 265.465 mm2 ( 2 D 13) > As min = 223.53… (OK!)

As terpasang (lapangan) : 265.465 mm2 ( 2 D 13) > As min = 223.53… (OK!)

As terpasang (tumpuankan) : 265.465 mm2 ( 2 D 13) > As min = 223.53… (OK!)

Verifikasi :

Dengan melihat as perlu yang lebih kecil dari as min serta tinggi minimal yang diperlukan oleh balok (dmin) = 14,65 cm (padahal balok kita tingginya = 30 cm), maka balok ini masih dimungkinkan untuk diperkecil lagi, misalkan saja diganti dengan ukuran 20/25. (Tapi ini masih asumsi lho ya,… masih perlu ditinjau lagi secara ‘case’ per ‘case’)jika memang jadi dirubah, maka balok tersebut harus sobat cek dulu terhadap lendutan.

(Catatan : Perlu tidaknya balok dicek terhadap lendutan, monggo sobat lihat di SK-SNI)

Check kekuatan balok terhadap momen ultimate

Dari tabel bisa dilihat bahwa momen rencana balok lebih besar daripada momen ultimatenya (OK!)

Verfikasi : OK!

Check kondisi beton dan baja tulangan

Dari tabel bisa dilihat bahwa regangan beton masih jauh dari regangan maksimumnya = (0.0002 < 0.003) jadi beton masih aman, sedangkan baja tulangannya sudah melampaui regangan lelehnya = (0.0016 > 0.0231). Karena tulangan meleleh, maka balok akan melendut, dan ini yang diharapkan, yaitu adanya tanda sebelum kehancuran beton.

Jadi jangan khawatir sob,… seandainyapun beban diatas balok ini diperbesar, jauh-jauh sebelum balok ini mencapai regangan maksimalnya (akan runtuh), balok ini akan menunjukan perilaku daktail dengan membentuk lendutan yang membesar pada balok. Jadi setidak-tidaknya sobat punya ‘tanda pegangan’ untuk kabur sewaktu-waktu seandainya balok ini akan runtuh wkwkwk :D

Verfikasi : OK!

Check balok terhadap gaya geser

Verifikasi : OK!

Check balok terhadap Torsi

Verifikasi : OK!

Untuk yang lainnya,silahkan di verifikasi sendiri, ya,… mungkin ada item dari saya yang terlewat hehe :)

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Okey sobat, sampai sini dulu pembahasan mengenai EBC ini, mohon maaf jika penjelasan yang diberikan terlalu singkat, karena jika penjelasan didetail secara per item maka uraian akan menjadi terlalu panjang, jadi monggo,… silahkan jika ada sobat yang ingin bertanya seputar spreadsheet ini. Jika ada pertanyaan dari sobat yang bisa saya jawab maka akan saya jawab, tapi jika tidak, maka akan saya jadikan PR (harap maklum, soalnya saya sendiri juga masih belajar ^_^).

bagi yang ingin mendownload file EBC silahkan klik link dibawah ini

File : EBC.XLS

EBC boleh sobat edit dan dimodif sedemikian rupa untuk kemudahan. Jika ada kritik, saran atau koreksi seputar spreadsheet ini, dengan senang hati saya akan menerimanya.

Silahkan sobat sampaikan langsung via email atau blog

email q : maestromusic.lutfi@gmail.com

(Nb : saya sangat berharap koreksi dan masukan dari rekan2 semuanya ^_^)

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Oh iya sobat,… berikut adalah beberapa proyek yang pernah saya kerjakan dengan menggunakan EBC, diantaranya adalah :

(Balai Pertemuan Gedung Barunawati – Surabaya)