Proses Desain Struktur Bangunan

Mendesain struktur bangunan adalah proses memodelisasikan suatu struktur bangunan, menganalisanya sehingga didapatkan suatu bentuk struktur dengan dimensi dan mutu tertentu sedemikian rupa sehingga struktur dapat menahan beban-beban yang bekerja pada struktur tersebut. Untuk mempermudah proses desain struktur bangunan, seorang perencana dapat menggunakan bantuan software untuk menganalisanya. Dengan menggunakan software, perencana dapat memodelisasikan struktur yang akan dibangun serta spesifikasinya, kemudian mengaplikasikan beban-beban yang terjadi, sehingga akan terlihat ketahanan struktur terhadap beban-beban tersebut. Selain itu, di dalam software juga dapat dilihat besar lendutan dan gaya dalam yang dialami oleh komponen struktur. Software-software yang digunakan dalam proses perencanaan struktur bangunan, antara lain adalah SAP 2000, Etabs, Midas, dan lain-lain.

            Langkah pertama yang perlu diketahui dari proses desain struktur bangunan adalah mengetahui jenis-jenis beban apa saja yang bekerja pada struktur tersebut. Misalnya untuk mendesain struktur bangunan rumah tinggal dua lantai, beban yang bekerja pada struktur tersebut adalah beban mati atau berat sendiri struktur, beban hidup, beban atap (seperti beban hujan, beban angin, dan beban pekerja), serta beban gempa. Besarnya beban-beban yang bekerja pada struktur ini ditentukan dengan suatu peraturan yang berlaku pada masa tersebut. Misalnya untuk besar pembebanan rumah tinggal dapat mengacu pada SNI 1721-1989 Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung, besar pembebanan kereta api mengacu pada Peraturan Kereta Api. Selain itu, suatu struktur bangunan juga didesain agar dapat menahan beban gempa. Cara menentukan besarnya dapat dilihat pada SNI 1726-2002 Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung atau SNI mengenai gempa yang terbaru yaitu tahun 2010. Pembebanan gempa biasanya mengacu pada lokasi dimana struktur tersebut akan dibangun karena lokasi juga mempengaruhi zona gempa dan frekuensi terjadinya gempa. Analisa gempa dapat dilakukan secara static ekivalen. Selain itu, permodelan pembebanan gempa juga dapat berbentuk spektrum (analisa spektrum) atau akselerogram (analisa sejarah waktu) dari rekaman gempa yang pernah terjadi di daerah tersebut.

            Beban-beban tersebut dikalikan dengan sebuah faktor pembesar sebagai faktor keselamatan. Hal ini dilakukan sebagai antisipasi apabila pembebanan yang terhitung tidak sesuai dengan keadaan sebenarnya di lapangan. Besarnya faktor pembebanan ini tergantung dari jenis bebannya dan diatur dalam SNI pembebanan.

            Setelah mengetahui pembebanan yang bekerja pada struktur, langkah selanjutnya adalah melakukan preliminary design. Preliminary design adalah desain awal atau estimasi jenis material, mutu material, serta dimensi material yang akan digunakan untuk membentuk struktur. Penentuan jenis, mutu, dan dimensi material ini mengacu pada engineering judgement yang dimiliki oleh seorang perencana. Biasanya terdapat beberapa rumusan dalam menentukan preliminary design. Spesifikasi material struktur yang ditentukan dalam preliminary design bukanlah spesifikasi yang akan dikerjakan di lapangan, namun merupakan spesifikasi struktur yang akan dimodelkan dalam software untuk dites dengan pembebanan yang telah diidentifikasikan sebelumnya.

            Langkah berikutnya adalah memodelisasikan struktur ke dalam software dengan memasukan input seperti kerangka struktur yang merepresentasikan bangunan yang akan dicek, jenis material dari struktur, mutu material yang digunakan, dimensi dari material, konfigurasi penulangan, pembebanan baik beban mati, hidup, ataupun gempa, serta permodelan elemen lain yang harus didefinisikan, seperti perletakan dan letak sendi-sendi plastis. Setelah memasukan input tersebut, model struktur dirun sehingga akan didapatkan output mengenai ketahanan struktur terhadap pembebanan, ketahanan tersebut direpresentasikan dengan besarnya gaya dalam, besarnya reaksi perletakan, besarnya lendutan yang terjadi, atau bahkan apakah struktur tersebut collapse atau tidak dengan pembebanan yang diberikan. Apabila struktur collapse atau mengalami lendutan yang cukup besar, maka desain awal dari struktur diubah. Perubahan ini dapat dilakukan dengan berbagai cara, seperti memperbesar penampang, menambah jumlah tulangan, menambah jumlah kabel, mengecilkan bentang antar kolom/tiang, memperbesar mutu beton, atau memperbesar kapasitas beton dengan metode lainnya, seperti pre-stressing.

            Spesifikasi elemen struktur yang telah diperbesar kapasitasnya dimodelkan lagi dalam software untuk mengecek ketahan struktur tersebut terhadap pembebanan. Jika struktur tersebut masih tidak bisa menahan pembebanan, maka perubahan pada desain dilakukan lagi dan mengulang permodelan kembali sampai didapatkan dimensi struktur yang kuat namun tidak boros. Namun, jika struktur tersebut dapat menahan pembebanan dengan lendutan yang diijinkan, maka spesifikasi struktur itulah yang diambil untuk proses pelaksanaan di lapangan.

            Selain dengan permodelan di software, perencana juga dapat menghitung kapasitas kekuatan dari struktur dengan menggunakan analisa perhitungan yang mengacu pada peraturan dan standar yang berlaku. Untuk perencanaan struktur bangunan yang terbuat dari beton, digunakan SNI Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung. Untuk perencanaan struktur bangunan yang terbuat dari baja, digunakan SNI 03-1729-2002 Tata Cara Perhitungan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung. Untuk perencanaan jembatan digunakan SNI Perencanaan Jembatan.  Standar-standar yang disebutkan di atas adalah standar yang dikeluarkan oleh Indonesia, sedangkan di luar negeri juga terdapat standar yang juga dapat dijadikan acuan dalam perancangan bangunan di Indonesia. Misalnya untuk perencanaan struktur yang terbuat dari baja digunakan AISC Steel Construction Manual dan untuk perancangan jembatan digunakan Bridge Construction Manual (BCM).

            Kapasitas kekuatan dari preliminary design dihitung berdasarkan standar desain yang berlaku sehingga didapatkan besarnya kapasitas struktur. Besarnya nilai kapasitas ini dibandingkan dengan gaya dalam ultimate yang didapatkan dari kombinasi pembebanan yang terjadi pada struktur. Jika besarnya kapasitas lebih kecil daripada gaya dalam ultimate maka diperlukan perbesaran penampang atau hal-hal lain yang dapat memperbesar kapasitas struktur yang telah disebutkan sebelumnya. Jika besarnya kapasitas lebih besar daripada gaya dalam ultimate, maka desain tersebut dapat digunakan dalam proses konstruksi. Namun, selisih nilai gaya kapasitas dengan gaya dalam jangan dibuat terlalu jauh karena akan menyebabkan keborosan dari struktur sehingga membuat anggaran biaya proyek menjadi besar. Kapasitas yang dimaksud disini adalah kapasitas aksial, geser, lentur, ataupun torsi. Besarnya kapasitas aksial dibandingkan dengan gaya dalam aksial ultimate, besarnya kapasitas lentur dibandingkan dengan gaya dalam lentur ultimate, dan seterusnya.

            Setelah mendapatkan model serta dimensi struktur yang ideal, perencana dapat mengkomunikasikan spesifikasi struktur tersebut ke dalam gambar desain secara detail untuk diserahkan pada owner. Gambar-gambar ini lah yang akan dipakai oleh kontraktor sebagai pedoman mereka untuk melakukan proses konstruksi di lapangan. Namun, seiring berjalannya proses konstruksi, gambar desain masih dapat berubah jika ditemukan kesalahan atau masalah oleh kontraktor ataupun konsultan pengawas. Sehingga, gambar-gambar ini akan didevelop lagi menjadi as built drawing.

            Begitulah proses perencanaan struktur bangunan dilakukan sejak awal pendefinisian beban sampai terciptanya gambar kerja untuk pedoman konstruksi di lapangan. Secara ringkas, alur proses perencanaan ini dapat dilihat pada bagan di bawah.