Tahapan Perhitungan Struktur

Jika kita dalam posisi sebagai seorang civil/structure engineer dan karena tuntutan tugas kita harus melakukan perhitungan struktur  baik struktur baja maupun sipil khususnya pondasi, kita dituntut harus berhati-hati, benar dalam asumsi dan cermat dalam melakukannya. Dalam artikel saya kali ini, saya tulis beberapa hal dasar yang perlu dilakukan oleh seorang civil/structure engineer dalam melakukan tahapan perhitungan struktur.

1. TUJUAN PERHITUNGAN

Dalam melakukan perhitungan nantinya, perlu kita ketahui untuk apakah perhitungan tersebut dilakukan, Normal tujuannya adalah:

1. Untuk membuat engineer mendapatkan desain yang aman, layak dan ekonomis.
2. Penyediaan catatan sebagai kemungkinan referensi dimasa datang.
3. Pemenuhan persyaratan sesuai spesifikasi dan code/international standards terhadap desain yang dikerjakan.
4. Memfasilitasi penentuan akibat yang akan terjadi jika dilakukan modifikasi terhadap struktur dimasa datang.

1. UNIT/SATUAN

Pada umumnya, satuan yang digunakan dalam perhitungan memakai SI satuan metric. Kecuali jika perhitungan dibuat sesuai Code atau memakai program computer, yang belum disesuaikan dengan metric, maka pemakaian satuan konvesional boleh dilakukan. Pada ujungnya, untuk lebih memudahkan padanan dengan satuan yang dipakai oleh disipiln lain, sebaiknya hasil perhitungan dikonversikan ke metrik.

1. SIMBOL-SIMBOL

Symbol-simbol yang dipergunakan dalam desain struktur baja seharusnyalah memiliki konotasi yang sama terhadap AISC Manual of Steel Construction, sedangkan untuk struktur beton, padanannya adalah ACI 318 atau SK SNI untuk proyek bersifat lokal. Simbol-simbol lainnya sebaiknya disamakan dengan Code/International Standards yang berlaku dan dipakai sebagai referensi. Konotasi/pengertian symbol yang dipergunakan dalam perhitungan, secara umum harus dituliskan pada awal perhitungan. Gunanya untuk memudahkan pembaca/pemeriksa sewaktu mengkaji dokumen perhitungan tersebut.
Sedangkan untuk simbol tertentu yang dipakai dalam suatu persamaan, sebaiknya juga ditulis dalam cakupan persamaan tersebut, boleh sesudah ataupun sebelum persamaan tersebut diketengahkan.
 A. PERSAMAAN
Persamaaan-persamaan, grafik, nomograf dan lain sebagainya yang dipakai dalam kalkulasi sebaiknya:

1. Merupakan turunan/derivative dari kalkulasi dasar, atau
2. Merujuk pada standard yang relevan dengan memberikan asal usulnya, atau
3. Jika diambil dari textbook, maka diperlukan juga salinan/copy dari halaman diaman persamaan/grafik itu diambil.
4. Biasakan menggunakan persamaan yang biasa dan mudah dikenali seperti PL/4, WL²/8 dan lain-lain.

 B. ASUMSI
Asumsi yang diambil dimana perhitungan didasarkan haruslah ditulis dengan jelas. Setiap asumsi yang diambil untuk mendukung perhitungan harus jelas menggambarkan dan memiliki data yang sesuai.
Perhitungan yang dilakukan juga harus memberikan sepintas ulasan acuan dasar (philosophy) yang dipergunakan dalam desain tersebut. Termasuk didalamnya adalah konsep yang mungkin diadopsi dari sumber/referensi lain.
 C. PARAMETER
Nilai-nilai dari parameter ditulis dibagian awal perhitungan. Tidak perlu kita menjustifikasi nilai parameter yang telah biasa digunakan dan diterima secara umum seperti Young’s modulus, Poisson’s ratio, koefisien tarik/tekan dll. Namun untuk nilai parameter yang bersifat spesifik, barulah kita harus memberikan justifikasi, apakah dengan menuliskan sumbernya (seperti hasil studi atau laporan pemeriksaan tanah) ataukah ringkasan dasar penggunaan parameter tersebut ataukah  kita ambil dari referensi yang dipercaya secara umum maupun Code. Contohnya adalah:

1. Perbedaan temperatur.
2. Tegangan permukaan tanah, daya dukung ijin, penurunan/settlement ataupun perbedaan nilai penurunan permukaan tanah.
3. Tekanan angin, dapat dihitung dari kecepatan rata-rata angin daerah dimana desain kita akan dipergunakan dan exposure factor. Biasa ada referensi yang sahih dari pihak berwenang seperti Badan Metrologi dan geofisika (BMG) lokal. Perhitungan nilai parameter tersebut harus mengemukakan kecepatan dasar angin terhadap tinggi, bentuk, arah hembusan (gust) dan importance factor yang dipakai.

 D. PRESENTASI PERHITUNGAN
Tampilan presentasi perhitungan selayaknya sebagai berikut:
a. Kepala Judul berisikan:

1. Jika kita melakukan untuk kepentingan perusahaan atau Klien, maka tulislah nomor administrasi yang seharusnya. Biasanya sudah ada garis besar penomoran dari Klien/Perusahaan. Selanjutnya work order atau nomor SPK.
2. Nama pembuat perhitungan (engineer ybs) dan nama pemeriksa (checker).
3. Judul desain perhitungan, yang harus menggambarkan isi kandungan perhitungan. Misalnya Perhitungan Pondasi Turbo Compressor KT-2010 atau Perhitungan Struktur Shelter Steam Turbin ST-007.
4. Tanggal sewaktu perhitungan itu dibuat.

b. Cover sheet atau halaman depan setiap paket dokumen perhitungan diberi label nama untuk memudahkan identifikasi sesuai Job Order, Engineering Order ataukah Study/Report  Order. Penomoran halaman juga harus runtut.
c. Jangan lupa daftar isi, daftar codes/standards dan referensi lainnya yang sesuai. Jika memakai referensi spesifikasi dari Klien, indikasikan juga tanggal rilis dari spek tersebut. Ini gunanya utnuk menghindarkan salah pengertian dikemudian hari jika spek perusahaan/klien tersebut ternyata berubah dimasa depan diluar sepengetahuan engineer.
d. Perhitungan haruslah diperiksa oleh pihak yang yang berkompeten sebelum secara resmi dirilis atau diserahkan kepada Klien. Pemeriksa haruslah memastikan bahwa setiap isi halaman dokumen telah benar dan hasil perhitungan dapat diverifikasi dan dipertanggung jawabkan.
e. Bahasa yang dipergunakan. Tergantung permintaan Klien. Untuk proyek internasional ataupun yang memiliki hubungan dengan pihak dari warga negara lain, tentu harus memakai bahasa Inggris.
f. Perhitungan struktur tersebut harus memuat kriteria desain, persyaratan beban-beban utama, kombinasi beban layan kritis dan factor kritis kombinasi beban. Kriteria desain ini tentulah harus sesuai dengan proyek yang sedang dikerjakan. Artinya, kita tidak memakai kriteria desain berdasarkan proyek berbeda yang pernah dilakukan meskipun banyak factor kesamaannya. Misalnya kita pernah mendesain onshore platform buat proyek A di daerah Papua, maka kriteria desain proyek tersebut janganlah dipakai untuk proyek onshore platform proyek B di daerah Balikpapan.
g. Dokumen perhitungan tersebut juga harus memuat urutan yang benar dalam menuliskan sub judul. Sehingga pembaca/pemeriksa mengerti secara benar runtutan perhitungan. Berilah penebalan atau garis bawah untuk sub judul guna memudahkan pembedaan. Contohnya menghitung ketebalan base plate untuk struktur baja yang akan didukung. Urutannya secara sederhana dalam perhitungan adalah asumsi pembebanan, statika struktur (gaya dan momen yang bekerja), pemilihan material baja untuk struktur atas. Baru kemudian perhitungan base plate.
h. Sediakan juga rangkuman dasar perhitungan  secukupnya diawal sehingga pembaca mengerti metode yang dipergunakan dalam perhitungan tersebut. Sketsa atapun gambar sederhana perlu ditampilkan.
i. Perhitungan struktur baja khususnya, harus lengkap dengan detail perlu seperti koneksi momen ataupun koneksi khusus di joint tertentu.
j. Pada akhirnya, sebelum dirilis, dipastikan bahwa dokumen perhitungan sudah lengkap dan benar serta memuat lampiran jika diperlukan.
F. PERHITUNGAN MEMAKAI KOMPUTER
Untuk perhitungan memakai bantuan computer, yang sudah jamak saat ini, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan:

1. Pemodelan computer haruslah disertai dan atau memperlihatkan nomor joint dan member, kondisi/asumsi support dan pembebanan.
2. Output perhitungan dengan bantuan software computer haruslah memperlihat input sebelumnya. Lembar pertama pada hasil computer run ditanda tangani atau diberi inisial oleh engineer yang bertanggung jawab atau yang membuat perhitungan. Jika diminta oleh Klien untuk memberikan gambaran program computer yang pergunakan, meskipun misalnya kita memakai software program calculation terkenal, kita harus juga memberikannya dan dirangkumkan untuk hal-hal yang penting saja. Rangkuman itu berisikan dasar dan cakupan analisa, verifikasi data input, interprestasi hasil dan penentuan apakah hasil perhitungan tersebut sesuai dengan persyaratan.
3. Hasil perhitungan dapat disalin/copy dalam bentuk CD ROM kepada klien.
4. Program perhitungan menggunakan computer yang diterima secara umum adalah STAAD III/STAAD Pro, STRUCAD, SAP 2000, ETABS, PCAMAT, ENERCALC, PCA-COL, NASTRAN, STRUDDLE, SACS. Namun untuk struktur onshore biasanya menggunakan STAAD Pro.

G. CHECK LIST DESAIN SIPIL/STRUKTUR
Dalam menghitung suatu desain, saya sarikan check list berikut ini sebagai panduan umum. Check list ini memuat persyaratan kunci antara lain:
a. Kajian Skedul/Jadwal.

• Apakah dalam mendesain ada batas jadwal yang harus diikuti.
• Jika ada, berapa lama dan apakah skedul tersebut wajar untuk mendesain struktur yang dimaksud.

b. Prosentase tahapan penyelesaian desain. Rekomendasinya adalah:

• Geoteknik dapat dihitung sebagai progress 30%.
• Desain Sipil dihitung sebagai progress 60%.
• Desain Struktur dihitung sebagai 90%.

c. Kajian Dokumentasi. Jumlah dokumen hardcopy yang harus diserahkan ke Klien:

• Proposal proyek. 1 hard copy dari seluruh dokumen per kajian.
• Detail desain. 1 paket dokumen lengkap per kajian.

d. Cakupan Pekerjaan (scope of work/SOW):

• Apakah SOW sudah tercakup dalam paket perhitungan.

e. Kajian Dokumen-Dokumen. Apakah semua dokumen yang diperlukan, termasuk paket perhitungan, telah disetujui oleh Klien. Misalnya:

• Dokumen Sipil
• Dokumen Geoteknik.
• Dokumen Struktur. Dalam hal ini tidak termasuk shop drawing dan MTO. Kedua jenis dokumen ini tidak perlu di serahkan kepada Klien.

f. Index Gambar. Apakah index gambar sesuai dengan penomoran administrasi yang disepakati dengan Klien. Misalnya:

• Index A – Rencana tapak (plot plan).
• Index B – Konstruksi Bangunan (Building)
• Index C – Konstruksi Beton
• Index D – Arsitektural
• Index E – Struktur Baja

g. Penyelesaian Paket Desain. Apakah paket desain telah komplit. Misalnya:

• Gambar Tapak, konstruksi beton termasuk pondasi, struktur baja, kontruksi sipil/drainase, gambar arsitektur bangunan kilang dll.
• Perhitungan beton termasuk desain pondasi, perhitungan seluruh struktur baja termasuk pipe support, perhitungan bangunan tahan ledakan (blast resistant building) dll.

h. Satuan. Apakah perhitungan menggunakan SI metric ataukah Imperial Unit.
i. Simbol-simbol. Apakah desain struktur baja dan sipil memiliki kesamaan notasi atau nomenklatur dengan AISC Steel Manual dan Code ACI 318 atau SK SNI.
j. Persamaan. Apakah seluruh persamaan yang dipakai dalam perhitungan desain cukup jelas?
k. Asumsi. Apakah dasar asumsi telah secara benar dipergunakan dan memiliki dasar teknis yang bisa dipertanggungjawabkan.
l. Parameter. Apakah nilai-nilai parameter yang dipergunakan perlu dijustifikasi?
m. Kandungan Perhitungan. Apakah dokumen perhitungan telah mengandung seperti hal berikut ini:

• Nama pembuat (Originator).
• Nama pemeriksa (Checker).
• Judul yang menggambarkan isi perhitungan.
• Tanggal perhitungan dibuat.
• Daftar isi.
• Daftar Code dan referensi.
• Gambaran umum metodologi perhitungan.
• Kriteria desain.
• Pembebanan dan turunannya.
• Sketsa/gambar untuk imaji perhitungan.
• Perhitungan tersendiri, manual, untuk sambungan khusus termasuk momen sambungan balok/kolom (khususnya perhitungan struktur baja).

n. Perhitungan Komputer. Apakah perhitungan telah memenuhi, paling tidak, seperti hal dibawah ini:

• Input data program sudah diperiksa untuk memastikannya benar.
• Pemodelan computer ditampilkan dan menunjukkan penomoran joint dan member, kondisi support dan pembebanan.
• Output hasil perhitungan bersama input yang berkaitan.
• Lembar rangkuman hasil analisa setelah dipilih dari output computer.
• Rekaman/salinan hasil perhitungan dalam bentuk CD.

o. Jika memakai STAAD III/Pro, input computer – parameter desain:

• Apakah faktor Kz dan Ky (rasio efektif panjang kolom) telah diinput dalam parameter desain.
• Apakah factor Lz dan Ly ( panjang bebas/tak terkekang dalam local z dan axis y) telah diinput untuk menghitung rasio slenderness kolom.
• Apakah balok UNL (panjang bebas/unbraced length) telah diinput untuk menghitung kuat ijin tekan balok.

p. Kajian Resiko. Apakah kajian resiko telah dibuat untuk bangunan kilang. Jika sudah, apakah telah diserahkan kepada Klien.
q. Desain Bangunan. Apakah SOW juga mencakup tipe bangunan kilang yang harus didesain. Misalnya:

• Bangunan biasa.
• Bangunan tahan ledakan (blast resistant building). Apakah data sheet untuk persyaratan desain bangunan jenis ini telah ada?
• Pre-Engineered Building (PEB). Apakah data sheet juga telah tersedia.
• Struktur bermacam bangunan sipil.

r. Material yang dipergunakan. Apakah telah ditentukan jenis material yang akan digunakan. Misalnya material untuk desain:

• Konstruksi baja.
• Konstruski beton.
• Dinding blok penahan beban.
• Kombinasi antara beton dengan baja (komposit).
• Pre cast dan beton Pre Stress
• Lain-lainnya sesuai tujuan desain.

s. Stabilitas Struktur.  Apakah bangunan struktur cukup memiliki kestabilan lateral dan longitudinal melalui:

• Kekakuan rangka momen sambungan (struktur baja).
• Rangka terkekang (struktur baja).
• Kombinasi antara kekakuan dan rangka terkekang.
• Sistem sambungan yang lain.

t. Slab atap bangunan kilang/lantai. Tentukan jenis slab yang dipakai. Misalnya:

• One-way concrete slab.
• Two-ways concrete slab.
• Komposit antara decking beton slab termasuk shear connector jika memakai struktur komposit balok baja.
• Non-komposit decking slab beton.
• Slab yang ditunjang oleh balok baja.
• Slab yang ditunjang oleh rangka (truss) atau joist system.

u. Ketebalan Slab. Apakah nilai defleksi telah diperiksa untuk memastikan nilai minimum ketebalan slab sesuai persyaratan di ACI.
v. Tipe Pondasi Bangunan. Apakah telah ditentukan jenis pondasi yang akan dipergunakan. Contohnya:

• Pondasi sebaran (spread footing).
• Pondasi kombinasi.
• Pondasi lajur (strip footing).
• Pondasi rakit (raft/mat footing).
• Dan lain sebagainya.

w. Detail Bangunan Kilang. Apakah telah cukup tersedia detail tampak (plan), elevasi dan potongan di dalam gambar yang menampakkan detail struktur bangunan?
x. Grade Material Baja. Apakah grade/kelas material baja telah sesuai dengan spesifikasi yang dipersyaratkan.
y. Sambungan Konstruksi Baja. Apakah material sambungan-sambungan balok/kolom/bracing telah sesuai dengan spesikasi yang disyaratkan.
z. Material Anchor Bolts dan Base Plate. Apakah jenis material anchor bolts dan base plate sudah sesuai yang dipersyaratkan? Termasuk pemeriksaan detail-detail bentuk atau tipenya.
aa. Metal Decking (pada slab). Apakah technical properties metal decking yang digunakan untuk struktur slab baik lantai maupun atap telah diperiksa. Termasuk didalam pemeriksaan adalah gambar-gambar yang disediakan.
ab. Grating. Apakah grating didesain untuk menahan beban hidup dan beban lalu lintas (orang dan barang) diatasnya? Periksa juga system sambungan/perletakan grating.
ac. Rangka Batang Atap ataupun Lantai.

• Apakah detail sambungan rangka batang (di las atau dibaut) telah diperlihatkan digambar.
• Apakah batang-batang tersebut didesain untuk menahan gaya-gaya actual yang terjadi.
• Apakah ikatan dasar rangka (truss bottom chord) telah dikekang secara benar.
• Pemeriksaan yang sama juga harus dilakukan untuk splice struktur baja.

ad. Lengan (jib) Crane. Apakah lengan crane telah didesain untuk menahan beban yang diaplikasikan pada saat posisi lifting (pengangkatan) dalam posisi jarak penuh (full range). Termasuk pemeriksaan defleksi/lendutan (termasuk kolom penopang) dan eksentrisitas beban yang dapat menyebabkan tekuk major dan minor  serta torsi pada kolom.
Ditulis oleh:
Thomas Yanuar Purnoto