Desain Rangka Baja Struktural Untuk Hotel 4 Lantai di Papua Nugini

 

Lokasi: Papua Nugini

Zona Seismik: Intensitas seismik8 derajat(setara dengan PGA ≈ 0,3g berdasarkan ASCE 7 atau kode lokal serupa)

Beban Angin: Kecepatan angin dasar =120 km/jam (~33.3 m/s)

Beban Salju: Tidak ada

Penggunaan Bangunan:

tingkat 1: Garasi parkir (tinggi=3.8 m)

Tingkat 2–4: Kamar tamu hotel (tinggi lantai-ke-lantai masing-masing=3.7 m, 3,7 m, dan 3,4 m)

Tipe Atap: Atap-lereng tunggal(diasumsikan kemiringan=2% untuk drainase)

Dinding Luar: Blok beton berongga non-struktural (dibangun secara lokal;tidak-menahan beban)

Sistem Lantai: Dek baja komposit dengan bagian atas beton-di-cor di tempatnya(untuk ditentukan)

 

 

Total Panjang Bangunan: 80 m

Konfigurasi Rencana:

Sayap Timur: 55.6 m (L) × 27 m (W)

Sayap Barat: 25 m (L) × 41.7 m (W)

Catatan: Rencananya adalahbukan-persegi panjang, kemungkinan besar berbentuk L-atau berundak. Untuk analisis struktural, bangunan diperlakukan sebagai dua blok yang terhubung dengan kemungkinan sambungan ekspansi atau sambungan kaku tergantung pada detail seismik.

Ukuran Teluk Khas: Asumsikan spasi kolom7,5 m memanjangDan6,0 m melintang(dapat disesuaikan per masukan arsitektur).

 

 

Kode Utama: AISC 360-16 (Spesifikasi Bangunan Baja Struktural)

Desain Seismik: ASCE 7-16 (atau setara – disesuaikan dengan kegempaan PNG)

Beban Angin: ASCE 7-16, Bab 27 (Prosedur Arahan)

Standar Bahan: ASTM A992 (balok/kolom), ASTM A36 (pelat, komponen sekunder)

 

 

 

Komponen	Beban (kN/m²)
Dek Baja + 125 mm Pelat Beton (ρ=24 kN/m³)	0.25 + (0.125×24) = 3.25
Plafon, MEP, Selesai	0.5
Atap (dek logam + isolasi)	0.3
Dinding Blok Berongga (non-struktural, namun diterapkan sebagai beban garis pada balok)	~3,0 kN/m(tinggi per meter)

 

 

Tingkat	LL (kN/m²)	Referensi
Tingkat 1 (Parkir)	2.5	ASCE 7
Tingkat 2–4 (Hotel)	1.9	ASCE 7 (perumahan)
Atap	0.5	Beban pemeliharaan

 

 

Kecepatan angin dasar:V = 33.3 m/s

Kategori Paparan:C(dengan asumsi daerah pinggiran kota/perkotaan)

Faktor hembusan:G = 0.85

Koefisien tekanan (Cp):

Dinding (ke arah angin):+0.8

Dinding (bawah angin):–0.5

Atap (kemiringan-tunggal):–0,9 hingga –0,3(tergantung zona)

Menggunakan Persamaan ASCE 7. 27.3-1:
[ q_z=0.613 K_z K_{zt} K_d V^2 Saya ]
Dengan asumsi (K_z=0.85) pada pertengahan-tinggi (~7 m), (I=1.0), (K_{zt}=1.0), (K_d=0.85):
[ q_z ≈ 0.613 × 0.85 × 1.0 × 0.85 × (33.3)^2 × 1.0 ≈ 0,613 × 0,7225 × 1109 ≈ 490 Pa ≈ 0,49 kN/m² ]

Tekanan angin desain:
[ p = q_z G C_p ≈ 0.49 × 0.85 × C_p ]
→ Tekanan dinding maks ≈0,33 kN/m²(ke arah angin), hisap ≈–0,21 kN/m²(di bawah angin)

Catatan: Karena kenaikan rendah (<15 m), wind governs lateral stability but seismic may control due to high seismicity.

 

 

Respon Spektral: Untuk zona 8 derajat, asumsikanS_DS=1.0, S_D1 = 0.6(perkiraan konservatif per adaptasi lokal ASCE 7)

Kategori Risiko: II

Faktor R-(rangka momen baja): R = 8(untuk Bingkai Momen Spesial – SMF)

Faktor Pentingnya: (I_e = 1.0)

Perkiraan Periode Fundamental:
[ T_a = C_t h_n^x = 0.028 × (14.6)^{0.8} ≈ 0.028 × 8.5 ≈ 0.24 s ]
(Tinggi total (h_n=3.8 + 3×3,7 – kira-kira 0.3=14.6) m)

Geser Dasar Seismik:
[ V=\\frac{S_{DS}}{R/I_e} W=\\frac{1.0}{8} W=0.125 W ]
→ 12,5% dari total berat- signifikan.

 

 

Luas lantai ≈ (55,6×27) + (25×41,7) ≈ 1501 + 1043 =2544 m²

3 lantai ditempati + atap ≈ 4 tingkat

Rata-rata DL + LL per lantai ≈ (3.75 + 1.9) ≈5,65 kN/m²

Berat total (W ≈ 2544 × 5,65 × 4 ≈57.500 kN

Geser dasar (V ≈ 0,125 × 57,500 ≈7.200 kN

→ Seismik menguasai anginuntuk desain lateral.

 

 

Sistem Penahan Gaya Lateral (LFRS):

Rangka Penguat Konsentris Khusus (SCBF)atauBingkai Momen Khusus (SMF)

Mengingat fleksibilitas arsitektur dan kebutuhan akan parkir terbuka,SCBFlebih disukai karena efisiensi dan keuletannya di-zona seismik tinggi.

Sistem Gravitasi:

Balok komposit(B-bentuk dengan tiang geser + dek logam + pelat beton)

Kolom: Bagian HSS atau W-yang menyambung dari pondasi ke atap

Yg menguatkan: X-penguat di kedua arah pada inti tangga/lift dan perimeter jika memungkinkan

Atap: Kemiringan-tunggal yang didukung oleh balok atap miring atau rangka meruncing; purlin di atas.

 

 

6.1 Balok Lantai (Interior Khas)

Rentang: 7,5 m

Beban: (w=(3.25 + 1.9) × 6.0=30.9 kN/m)

Momen maks: (M=wL^2/8=30.9 × 7,5^2 / 8 ≈ 217 kN·m)

Modulus bagian yang diperlukan: (Z_x Lebih besar dari atau sama dengan M / (0,9 F_y)=217×10⁶ / (0,9×345) ≈ 700×10³ mm³)

Bagian Uji Coba: W410×60(Zₓ=773×10³ mm³, oke)

6.2 Balok Tepi (dengan beban dinding)

Beban dinding tambahan: 3,0 kN/m × 3,7 m =11,1 kN/m

Jumlah w ≈ 30.9 + 11.1 =42,0 kN/m

M ≈ 295 kN·m →W460×74(Zₓ=942×10³ mm³)

6.3 Kolom (Interior, 4 lantai)

Daerah anak sungai: 7,5 m × 6,0 m=45 m²

Beban aksial per lantai: (3.25 + 1.9) × 45=232 kN

Jumlah P ≈ 4 × 232 =928 kN

Tambahkan 20% untuk efek aksial seismik →P_u ≈ 1,115 kN

Panjang efektif (KL ≈ 0,8 × 3700=2,960 mm)

Uji coba:W250×73(A=9,290 mm², r=119 mm → KL/r ≈ 25 → φPₙ ≈ 0,9×345×9290 ≈2.880 kN >>1,115 kN → Oke)

Gunakan W250×67 atau HSS203×203×9.5 untuk ekonomi

6.4 Anggota Penguat (SCBF)

Asumsikan bracing pada 2 bay per arah

Geser tingkat seismik per rongga ≈ 7.200 / (jumlah rangka bresing)

Asumsikan 4 frame berpengaku di setiap arah → ~900 kN per frame

Gaya diagonal: (F=V / sinθ); θ=45 derajat → F ≈ 900 / 0,707 ≈1.270 kN

Diperlukan A_g Lebih besar atau sama dengan 1.270.000 / (0,9×345) ≈4.090 mm²

Uji coba: HSS152×152×9.5(A=5,200 mm², OK untuk tegangan/kompresi dengan pemeriksaan kelangsingan)

 

 

Dek Logam: Sesuai® 2.0 atau Bondek®(kedalaman profil=60 mm)

Lempengan Beton: tebal 125 mm, f'c=25 MPa

Kancing Geser: Diameter 19mm × tinggi 100mm, diberi jarak pada300 mm oksepanjang balok

Aksi Komposit: Interaksi penuh diasumsikan per AISC 360 Bab I

 

 

Laporan Tanah Diperlukan– asumsikan daya dukung sedang (150 kPa)

Reaksi Kolom: Maks ~1.200 kN → ukuran pondasi ≈ √(1.200 / 150) ≈2.8 m × 2.8 mpijakan yang terisolasi

Pelabuhan Seismik: Batang jangkar dirancang untuk pengangkatan dan geser sesuai ACI 318

 

 

Balok-ke-Kolom: Pelat ujung yang dibaut atau sambungan momen yang dilas (jika menggunakan SMF)

Bersiaplah-ke-Gusset: Metode bagian Whitmore per Ketentuan Seismik AISC

Dukungan Dek: Bantalan sederhana pada flensa atas balok

 

 

Barang	Spesifikasi
LFRS	Rangka Penguat Konsentris Khusus (SCBF)
Balok Gravitasi	L410×60 (dalaman), L460×74 (tepi)
Kolom	L250×67 atau HSS203×203×9.5
kawat gigi	HSS152×152×9.5
Dek Lantai	Dek logam komposit sedalam 60 mm + 125 beton mm
Geser Dasar Seismik	~7.200 kN (mengatur desain)
Tekanan Angin	~0,33 kN/m² (tidak-mengatur)
Kemiringan Atap	Kemiringan tunggal 2%, didukung oleh kasau miring

 

 

Libatkan insinyur geoteknik setempat untuk laporan tanah.

Berkoordinasi dengan arsitek untuk menemukan rangka penyangga tanpa menghalangi tempat parkir atau ruangan.

Gunakan sistem cat tahan korosi-(lingkungan C4 sesuai ISO 12944 – PNG pesisir).

Menyediakan sambungan pergerakan jika sayap timur/barat diimbangi secara signifikan.

Lakukan analisis struktur 3D terperinci menggunakan perangkat lunak (misalnya, ETABS, SAP2000) termasuk efek P-Δ.

 

 

 

Perkiraan tonase baja ini mencakup elemen baja struktural primer dan sekunder yang diperlukan untuk sistem penahan beban-lateral dan gravitasi pada hotel 4 lantai, termasuk:

Kolom (dari pondasi hingga atap)

Balok lantai dan atap (desain komposit)

Anggota penguat (Rangka Penguat Konsentris Khusus – SCBF)

Rangka atap (kasau dan purlin miring)

Sambungan (diperkirakan 5% dari bobot anggota utama)

Tidak termasuk:

Dek logam (dianggap-penopang kelongsong/pelat non-struktural)

Batang jangkar, pelat dasar (termasuk dalam tunjangan sambungan)

Tangga, railing, aneka baja

 

 

Denah bangunan terdiri dari dua blok yang terhubung:

Blok Timur: 55.6 m × 27 m

Blok Barat: 25 m × 41.7 m
→ Jumlah jejak kaki ≈2,544 m²

Kisi kolom yang umum:7,5 m (membujur) × 6,0 m (melintang)

Jumlah kolom:

Blok Timur: (55.6/7.5 ≈ 8 bay → 9 baris) × (27/6 ≈ 4.5 → 5 baris) =45 kolom

Blok barat: (25/7.5 ≈ 3.3 → 4 baris) × (41.7/6 ≈ 7 → 8 baris) =32 kolom

Kurangi tumpang tindih di persimpangan (~5 kolom bersama) →Jumlah kolom ≈ 72

Lantai : 4 tingkat (termasuk atap)

Bingkai yang diperkuat: 2 per arah per blok →8 total rongga yang diperkuat

Kemiringan atap: 2%, ditopang oleh balok miring; tidak ada gulungan

 

 

Mengingat sifat proyek ini sebagai perumahan umum, kami memutuskan untuk memperkuat seluruh sistem struktural untuk menciptakan bangunan kokoh dengan masa pakai lebih dari 100 tahun. Untuk mencapai hal ini, kami mengganti kolom konvensional dengan kolom-baja berpenampang kotak dan mengisinya-di lokasi dengan beton, sehingga secara signifikan meningkatkan kekuatan struktur secara keseluruhan.

 

 

Bagian:Tipe kotak 400X400x12x12mm(massa=146.2 kg/m)

Tinggi per kolom:

Tingkat 1: 3,8 m

Tingkat 2–3: masing-masing 3,7 m

Tingkat 4: 3,4 m
→ Tinggi total =14.6 m

Total panjang kolom=72 × 14.6 =1,051 m

Berat kolom=1,051 m × 146,2 kg/m =153.656 kg ≈ 153,7 ton

Catatan: Kolom lantai dasar mungkin lebih berat; ini rata-rata.

 

 

Balok Interior: WH500X290X10X16mm (massa=109.6 kg/m)

Rentang: 7,5 m

Jumlah per lantai:

Blok timur: 5 garis melintang × 8 teluk memanjang=40

Blok barat: 8 garis melintang × 3 teluk memanjang=24
→ 64 balok interior per lantai

Total untuk 3 lantai + rangka atap=4 × 64 =256 balok

Panjang=256 × 7.5 =1,920 m

Berat=1,920 × 109.6=210.432kg

Balok Tepi/Perimeter: WH600X200X12X12mm (massa=92 kg/m)

Panjang keliling per lantai ≈ 2×(55.6+27) + 2×(25+41.7) – tumpang tindih ≈290 m/lantai

Asumsikan balok tepi setiap 6 m → ~48 balok tepi per lantai

Jumlahnya=4 × 48 =192 balok, rata-rata. rentang=6.0 m

Panjang=192 × 6 =1,152 m

Berat=1,152 × 92=105.984kg

Berat Balok Total = 210,432 + 105,984 = 316.416 kg ≈ 316,4 ton

 

 

Bagian:HSS152×152×9.5(massa=42.5 kg/m)

Ruang penahan: total 8 (4 di E-W, 4 di N-S)

Setiap teluk memiliki 2 diagonal per lantai → 4 lantai × 2 =8 diagonal per garis bingkai yang diperkuat

Total diagonal=8 bingkai × 8 =64 kawat gigi

Rata-rata panjang diagonal (untuk rongga 7,5 m × 3,7 m pada 45 derajat ):
( L=\\sqrt{7,5^2 + 3.7^2} ≈ 8,4 m )

Total panjang kurung kurawal=64 × 8.4 =538 m

Berat penyangga=538 × 42.5 =22,865 kg ≈ 22,9 ton

 

 

Kasau atap utama mengikuti-profil kemiringan tunggal; menggunakanW310×45(45kg/m)

Jarak tanam: 3,0 m oc (untuk mendukung purlins)

Luas atap total=2,544 m² → panjang kasau ≈ lebar bangunan (maks 41,7 m)

Jumlah kasau ≈ 80 m / 3.0 ≈27 baris

Rata-rata panjang kasau=35 m (rata-rata tertimbang lebar timur/barat)

Total panjang kasau=27 × 35 =945 m

Berat kasau=945 × 45 =42.525kg

Purlin: C200×20×2,5 (5,5 kg/m), berjarak 1,5 m oc

Total panjang purlin ≈ (2.544 m² / jarak 1,5 m) × 1,0 m =1,696 m

Berat=1,696 × 5.5 =9.328kg

Baja Atap Total = 42,525 + 9,328 = 51.853 kg ≈ 51,9 ton

 

 

Praktek standar:5%dari total berat anggota utama

Total anggota utama=153.7 + 316.4 + 22.9 + 51.9 =533,9 ton

Koneksi=0.05 × 533,900 =27.245 kg ≈ 27,3 ton

 

 

Komponen	Berat (ton)
Kolom	153.7
Balok Lantai & Tepi	316.4
Penguat (SCBF)	22.9
Rangka Atap (Kasau + Purlin)	51.9
Koneksi (5%)	27.3
Perkiraan Total Baja Struktural	572,2 ton

 

 

Luas lantai total =2,544 m²

Baja per satuan luas=572.2 t / 2.544 m² =225kg/m²

Hal ini masuk akal untuk bangunan baja tahan gempa-4 lantai dengan rangka penguat di wilayah dengan tingkat gempa tinggi.

 

 

Potensi Optimasi: Penggunaan teluk yang lebih besar atau pengurangan penahan dapat menurunkan tonase, namun tuntutan seismik di PNG membatasi pengurangan tersebut.

Fabrikasi Lokal: Pertimbangkan ketersediaan bagian standar di PNG atau Australia (diasumsikan bagian umum seperti bentuk W-dan HSS).

Perlindungan Korosi: Semua baja menerima sistem-galvanisasi hotdip atau cat dupleks karena lingkungan tropis pesisir.

Kemungkinan: Menambahkan5–10%untuk pengembangan desain, perubahan arsitektur, atau detail inefisiensi →Perkiraan anggaran akhir: ~615–700 ton. Jika menambahkan beberapa tangga dan struktur untuk lift, secara keseluruhan akan ada sekitar650~750 tondi final.

Disiapkan oleh: Hangzhou Xixi Building Co., LTD.
Tanggal: 16 Januari 2026
Dasar: AISC 360-16, tata letak awal, asumsi seismik ASCE 7-16