Desain Struktural Dan Analisis Bangunan Prefab Multifungsi 8 Lantai Untuk Klien Filipina

Desain dan Analisis Struktur Gedung Multifungsi 8 Lantai untuk Klien Filipina

 

 

Proyek ini merupakan bangunan multifungsi 8 lantai yang berlokasi di Manila, Filipina, dengan dimensi keseluruhan 20m × 20m. Ketinggian tiap lantai didesain sebagai berikut: lantai 1 (tempat parkir) ditambah mezzanine total 6m; lantai 2 (gudang) tingginya 6m; lantai 3 dan 4 (area perkantoran) masing-masing berukuran 4,5m dan 3,4m; lantai 5 sampai 7 (kawasan pemukiman) masing-masing tingginya 3,4m; lantai 8 (ruang publik atap) ditambah tinggi atap 2,8m. Untuk optimalisasi ruang, hanya disusun 3 baris kolom struktur: Sumbu A berjumlah 4 kolom, jarak antara Sumbu A dan Sumbu B adalah 13,2m, dan jarak antara Sumbu B dan Sumbu C adalah 6,8m. Jarak antar 4 kolom pada Sumbu A masing-masing adalah 5,9m (1-2 sumbu), 8,2m (2-3 sumbu), dan 5,9m (3-4 sumbu).

 

 

 

Kode Struktur Nasional Filipina (NSCP) 2015: Mengatur keseluruhan desain struktur, penghitungan beban, kinerja material, dan persyaratan keselamatan.

Philippine Building Code (PBC) 2004: Mengatur penggunaan bangunan, keselamatan kebakaran, dan ketahanan struktural yang berkaitan dengan bangunan multifungsi (parkir, gudang, kantor, perumahan, ruang publik).

Kriteria Desain Seismik: Manila terletak di zona seismik sedang dengan Peak Ground Acceleration (PGA) sebesar 0,15g; desain struktural mengadopsi intensitas seismik 7 (0,15g) untuk pemeriksaan anti-seismik.

Kriteria Beban Angin: Kecepatan angin dasar di Manila adalah 45 m/s (Kategori 3); Perhitungan beban angin mengikuti NSCP 2015 Bab 28, dengan mempertimbangkan distribusi tekanan angin dan koefisien hambatan angin struktural.

 

 

Beban Mati (DL): Menurut NSCP 2015, dipadukan dengan fungsi bangunan: atap (2,5 kN/m²), lantai tempat tinggal (2,0 kN/m²), lantai kantor (2,5 kN/m²), lantai gudang (5,0 kN/m²), tempat parkir (4,0 kN/m²), mezzanine (3,0 kN/m²); berat-diri anggota struktur baja dihitung berdasarkan ukuran bagian sebenarnya.

Beban Hidup (LL): Kawasan pemukiman (2,5 kN/m²), kawasan perkantoran (3,0 kN/m²), gudang (10,0 kN/m²), tempat parkir (2,5 kN/m² per kendaraan, ditambah 1,0 kN/m² untuk pejalan kaki), ruang publik atap (2,0 kN/m²).

Beban Gempa (EL): Dihitung menggunakan metode spektrum respons, dengan mempertimbangkan distribusi massa struktur, karakteristik kekakuan, dan rasio redaman (0,05 untuk struktur baja).

Beban Angin (WL): Dihitung sebagai tekanan angin (w=0.613 × V², V=45 m/s) dan didistribusikan ke setiap lantai menurut tinggi dan bentuk struktur; angin-getaran yang diinduksi diperiksa untuk-bagian bertingkat tinggi (5-8 lantai).

Beban Lainnya: Beban salju tidak diperhitungkan (Manila adalah wilayah tropis); beban sekunder yang diinduksi gempa-(seperti efek P-Δ) dan tegangan suhu disertakan dalam pemeriksaan desain.

 

 

Mempertimbangkan fungsi bangunan, kebutuhan ruang, dan persyaratan kode lokal, diadopsi struktur rangka baja, yang memiliki keunggulan ringan, kekuatan tinggi, keuletan yang baik, dan konstruksi yang cepat. Susunan struktural spesifiknya adalah sebagai berikut:

Kolom: Balok baja H-digunakan; bagian kolom ditentukan berdasarkan kapasitas-mendukung beban setiap lantai. Lantai 1-2 (parkir + gudang) mengadopsi H600×250×8×12 mm karena beban besar; lantai 3-4 (kantor) mengadopsi H500×200×7×10 mm; lantai 5-8 (perumahan + atap) mengadopsi H400×200×6×8 mm.

Balok: Balok baja H-digunakan untuk balok lantai dan balok atap. Balok antara Sumbu A dan Sumbu B (bentang 13,2m) mengadopsi H500×200×7×10 mm (lantai 1-2) dan H450×180×6×9 mm (lantai 3-8); balok antara Sumbu B dan Sumbu C (bentang 6,8m) mengadopsi H400×180×6×8 mm (semua lantai); balok mezzanine mengadopsi H300×150×6×8 mm.

Pelat Lantai: Pelat lantai komposit (dek baja + beton) diadopsi, dengan ketebalan beton 120mm (perumahan/kantor), 150mm (gudang/parkir), dan 100mm (mezzanine/atap); model dek baja B-120, dengan ketebalan 1,2 mm.

Sistem Resistensi Lateral: Rangka baja itu sendiri memberikan kekakuan lateral; selain itu, penyangga diagonal disusun pada sudut-sudut bangunan (Sumbu A-1, A-4, C-1, C-4) untuk meningkatkan ketahanan lateral terhadap beban angin dan gempa.

 

 

Konsumsi baja mencakup semua komponen struktur utama: kolom, balok, dek baja lantai, bresing diagonal, dan komponen sambungan (baut, bahan las, dll.). Tunjangan 10% ditambahkan untuk komponen sambungan (baut, las, dll.) berdasarkan berat komponen utama, yang sejalan dengan standar perhitungan konvensional proyek struktur baja.

 

 

Komponen Struktural	Spesifikasi	Kuantitas	Satuan Berat (kg/m)	Panjang Total (m)	Berat Total (kg)
Kolom (lantai 1-2)	H600×250×8×12	12 (3 baris × 4 kolom)	118.5	144 (12 kolom × tinggi total 12m untuk lantai 1-2)	17064
Kolom (lantai 3-4)	H500×200×7×10	12	84.3	90 (12 kolom × tinggi total 7,5m untuk lantai 3-4)	7587
Kolom (lantai 5-8)	H400×200×6×8	12	62.1	134,4 (12 kolom × tinggi total 11,2m untuk lantai 5-8)	8346.24
Balok (sumbu A-B, lantai 1-2)	H500×200×7×10	24 (4 bentang × 6 lantai, lantai 1-2)	84.3	316,8 (24 balok × bentang 13,2m)	26706.24
Balok (sumbu A-B, lantai 3-8)	H450×180×6×9	48 (4 bentang × 12 lantai, lantai 3-8)	70.2	633,6 (48 balok × bentang 13,2m)	44478.72
Balok (sumbu B-C, semua lantai)	H400×180×6×8	72 (4 bentang × 18 lantai, semuanya 8 lantai)	58.5	489,6 (72 balok × bentang 6,8m)	28641.6
Balok Mezzanine	H300×150×6×8	12 (4 bentang × 3 baris)	40.2	120 (12 balok × bentang rata-rata 10m)	4824
Kawat Gigi Diagonal	H200×150×6×8	32 (4 sudut × 8 lantai)	30.1	179,2 (32 penyangga × panjang rata-rata 5,6m)	5393.92
Dek Baja Lantai	B-120 (1.2mm)	1 set (semua lantai)	12kg/m²	2880 m² (lantai 20m×20m×7.2, tidak termasuk atap)	34560
Dek Baja Atap	B-120 (1.2mm)	1 set	12kg/m²	400 m² (20m×20m)	4800
Jumlah Anggota Utama	-	-	-	-	182407.72
Tunjangan Koneksi (10%)	-	-	-	-	18240.77
Total Konsumsi Baja	-	-	-	-	200648,49kg (≈200,65 ton)

 

Total Konsumsi Baja: Sekitar 200,65 metrik ton (termasuk tunjangan sambungan 10%).

Konsumsi Baja Satuan: 200,65 ton / (20m×20m×8 lantai)=62.7 kg/m² (dihitung berdasarkan total luas lantai 3200 m²).

Konsumsi unit baja berada dalam kisaran yang wajar (60-80 kg/m²) untuk bangunan multifungsi rangka baja, yang konsisten dengan standar desain proyek serupa di Manila.

 

 

Analisis berikut mengevaluasi penerapan desain struktur saat ini (berdasarkan peraturan lokal Manila) di pasar utama CBC seperti Tonga, Kaledonia Baru, Papua Nugini, Chili, dan Peru, dengan fokus pada perbedaan persyaratan peraturan seismik lokal, beban angin, dan bangunan.

 

 

Kondisi Seismik: Tonga terletak di zona seismik tinggi (Cincin Api Pasifik) dengan PGA 0,30-0,40g, jauh lebih tinggi dibandingkan Manila yang 0,15g.

Beban Angin: Kecepatan angin dasar adalah 55-60 m/s (wilayah siklon), jauh lebih tinggi dari kecepatan angin Manila yang sebesar 45 m/s.

Persyaratan Kode: Mematuhi Tonga Building Code (TBC) 2018, yang memiliki persyaratan lebih ketat untuk ketahanan lateral dan keuletan struktural.

Penilaian Penerapan: Tidak Direkomendasikan. Kekakuan struktural dan ketahanan gempa saat ini tidak cukup untuk menahan beban gempa dan angin yang tinggi di Tonga; bagian balok-kolom dan sistem penyangga lateral perlu diperkuat secara signifikan, dan konsumsi baja akan meningkat sebesar 30-40%.

 

 

Kondisi Seismik: Zona seismik sedang dengan PGA 0,20g, sedikit lebih tinggi dari Manila yang 0,15g.

Beban Angin: Kecepatan angin dasar adalah 50 m/s (daerah rawan siklon tropis), lebih tinggi dari Manila yang sebesar 45 m/s.

Persyaratan Kode: Mengikuti French Overseas Territories Building Code (RTC) 2020, yang serupa dengan standar Eropa dan memiliki persyaratan ketat untuk ketahanan struktural dan ketahanan angin.

Penilaian Penerapan: Memerlukan Modifikasi. Desain saat ini dapat diadaptasi setelah penyesuaian parsial: memperkuat sistem penahan lateral, meningkatkan ketebalan flensa balok-kolom sebanyak 2-3 mm, dan menyesuaikan parameter perhitungan seismik; konsumsi baja akan meningkat 15-20%.

 

Kondisi Seismik: Zona seismik tinggi dengan PGA 0,25-0,35g, lebih tinggi dari Manila yang 0,15g; aktivitas seismik sering terjadi dan intens.

Beban Angin: Kecepatan angin dasar adalah 48-52 m/s, sedikit lebih tinggi dari kecepatan angin Manila yang sebesar 45 m/s.

Persyaratan Kode: Mengadopsi Kode Bangunan Nasional Papua Nugini (PNG NBC) 2015, yang menekankan ketahanan terhadap gempa dan keuletan struktural untuk-bangunan bertingkat.

Penilaian Penerapan: Memerlukan Modifikasi. Penyesuaian utama meliputi: meningkatkan ukuran bagian balok-kolom (khususnya lantai 1-2), menambah lebih banyak penahan lateral, dan mengoptimalkan sistem disipasi energi seismik; konsumsi baja akan meningkat 25-30%.

 

 

Kondisi Seismik: Salah satu zona seismik tertinggi di dunia dengan PGA 0,40-0,50g, jauh melebihi 0,15g di Manila; Gempa bumi berkekuatan besar sering terjadi.

Beban Angin: Kecepatan angin dasar adalah 40-45 m/s, serupa dengan kecepatan angin Manila yang mencapai 45 m/s.

Persyaratan Kode: Mengikuti Kode Bangunan Chili (NCh 433 Of. 2017), yang memiliki standar desain seismik paling ketat di dunia, yang memerlukan keuletan struktural dan kapasitas disipasi energi yang tinggi.

Penilaian Penerapan: Tidak Direkomendasikan. Sistem struktur saat ini tidak dapat memenuhi persyaratan seismik ultra-tinggi di Chile; sistem-tahan gempa baru (seperti-penahan-sistem pembuangan energi rangka baja) perlu didesain ulang, dan konsumsi baja akan meningkat sebesar 50% atau lebih.

 

 

Kondisi Seismik: Zona seismik tinggi dengan PGA 0,25-0,30g, lebih tinggi dari Manila yang 0,15g; intensitas gempa bervariasi menurut wilayah (wilayah pesisir lebih parah).

Beban Angin: Kecepatan angin dasar adalah 42-48 m/s, sedikit lebih rendah atau serupa dengan Manila yang sebesar 45 m/s.

Persyaratan Kode: Mengadopsi Kode Bangunan Peru (E070) 2017, yang memiliki persyaratan ketat untuk desain seismik dan stabilitas struktural-bangunan bertingkat.

Penilaian Penerapan: Memerlukan Modifikasi. Penyesuaian utama meliputi: memperkuat sambungan-balok kolom, meningkatkan kekakuan lateral struktur, dan mengoptimalkan penghitungan beban gempa; konsumsi baja akan meningkat 20-25%.

 

 

Wilayah	PGA Seismik (g)	Kecepatan Angin Dasar (m/s)	Penilaian Penerapan	Modifikasi Kunci Diperlukan
Manila (Filipina)	0.15	45	Sepenuhnya Berlaku	Tidak ada
Tonga	0.30-0.40	55-60	Tidak Direkomendasikan	Desain ulang sistem struktur secara menyeluruh, peningkatan signifikan pada ukuran bagian dan penyangga lateral
Kaledonia Baru	0.20	50	Membutuhkan Modifikasi	Perkuat penyangga lateral, tingkatkan ketebalan flensa, sesuaikan parameter seismik
Papua Nugini	0.25-0.35	48-52	Membutuhkan Modifikasi	Tingkatkan ukuran bagian balok-kolom, tambahkan penahan lateral, optimalkan sistem disipasi energi
Chili	0.40-0.50	40-45	Tidak Direkomendasikan	Mendesain ulang sistem-yang tahan gempa, menambahkan disipator energi, dan meningkatkan kekakuan struktur secara signifikan
Peru	0.25-0.30	42-48	Membutuhkan Modifikasi	Perkuat sambungan balok-kolom, tingkatkan kekakuan lateral, optimalkan perhitungan seismik

 

Dengan alasan memenuhi peraturan lokal Manila dan memastikan keamanan struktural, langkah-langkah optimalisasi berikut dapat diambil untuk mengurangi konsumsi baja, meningkatkan efisiensi struktural, dan mengurangi biaya proyek, tanpa mempengaruhi fungsi bangunan dan kebutuhan ruang.

 

 

Kolom: Untuk lantai 5-8 (area perumahan, beban kecil), bagian kolom dapat dioptimalkan dari H400×200×6×8 mm hingga H350×180×6×8 mm. Pemeriksaan rasio tegangan menunjukkan bahwa bagian yang dioptimalkan masih dapat memenuhi persyaratan penahan beban, sehingga mengurangi konsumsi baja sekitar 8% untuk kolom ini.

Balok: Untuk balok antara Sumbu B dan Sumbu C (bentang 6,8 m, beban kecil), bagiannya dapat dioptimalkan dari H400×180×6×8 mm menjadi H350×180×6×8 mm, sehingga mengurangi konsumsi baja sekitar 6% untuk balok ini.

 

 

Penahan diagonal saat ini disusun di 8 lantai; dapat dioptimalkan untuk diatur secara berkala (setiap 2 lantai) untuk lantai 5-8 (area perumahan, beban lateral kecil). Penyesuaian ini dapat mengurangi jumlah bresing sebesar 50% untuk lantai atas, sekaligus memastikan kekakuan lateral memenuhi persyaratan, mengurangi konsumsi baja sekitar 5% untuk sistem bresing.

 

 

Desain saat ini mengadopsi baja Q235B dan Q355B; dapat diganti dengan baja Q355B atau-kekuatan tinggi untuk kolom dan balok utama (lantai 1-4, beban besar). sehingga ukuran bagian dapat dikurangi dengan tepat sambil mempertahankan kapasitas menahan beban yang sama. Optimalisasi ini dapat mengurangi konsumsi baja sekitar 10-12% untuk member utama.

 

 

Untuk lantai 5-7 (area perumahan), ketebalan beton pelat lantai komposit dapat dikurangi dari 120mm menjadi 100mm, dan ketebalan dek baja dapat dipertahankan pada 1,2mm. Penyesuaian ini dapat mengurangi beban mati lantai, sehingga mengurangi kebutuhan beban kolom dan balok, dan secara tidak langsung mengurangi konsumsi baja sekitar 3-4%.

 

 

Setelah optimalisasi menyeluruh, total konsumsi baja dapat berkurang 15-20%, dari semula 200,65 ton menjadi 160,52-170,55 ton. Konsumsi unit baja akan dikurangi menjadi 50,16-53,30 kg/m², yang masih dalam kisaran wajar dan secara efektif dapat mengurangi biaya proyek sekaligus memastikan keselamatan struktural dan memenuhi persyaratan peraturan setempat.

 

Desain struktur bangunan multifungsi 8-lantai ini memenuhi persyaratan peraturan lokal Manila (NSCP 2015, PBC 2004) dan persyaratan beban, dengan total konsumsi baja sekitar 200,65 ton dan konsumsi baja unit sebesar 62,7 kg/m². Untuk wilayah lain: berlaku sepenuhnya di Manila; memerlukan modifikasi di Kaledonia Baru, Papua Nugini, dan Peru (seiring dengan peningkatan konsumsi baja); dan tidak direkomendasikan di Tonga dan Chile (karena persyaratan beban seismik/angin yang sangat tinggi). Melalui optimalisasi bagian, penggantian material, dan penyesuaian sistem, konsumsi baja dapat dikurangi sebesar 15-20% tanpa mempengaruhi keselamatan struktural, sehingga memiliki manfaat ekonomi yang signifikan.