Cara baja membengkok alih-alih patah saat mengalami tekanan membuatnya menjadi pilihan sangat baik untuk daerah rawan gempa. Beton cenderung retak dan pecah dengan mudah di bawah tekanan, tetapi struktur baja justru mampu melentur dan menyebarkan gaya tersebut ke seluruh kerangkanya. Bangunan yang dibuat dari baja bahkan dapat bergerak maju-mundur hingga sekitar 10 hingga 15 persen dari ketinggiannya selama gempa sebelum terjadi kerusakan serius. Fleksibilitas ini menyelamatkan nyawa karena mencegah runtuhnya seluruh struktur secara tiba-tiba ketika tanah mulai berguncang.
Struktur baja modern menggunakan sistem peredam energi seperti peredam lunak dan bracing tahan tekuk. Komponen-komponen ini berfungsi sebagai elemen pengorbanan, menyerap hingga 70% gaya seismik sebelum mencapai elemen utama penahan beban. Dengan memusatkan kerusakan pada bagian yang dapat diganti, desain ini memastikan struktur secara keseluruhan tetap utuh meskipun terjadi deformasi permanen.
Struktur baja mendapatkan perlindungan tambahan melalui teknik seperti rangka pengaku dan sistem isolasi dasar yang pada dasarnya melepaskan bangunan dari pergerakan tanah. Dalam pelaksanaan nyata, insinyur sering memasang komponen yang disebut bantalan elastomerik atau isolator bandul gesekan yang memungkinkan bangunan bergerak secara relatif mandiri terhadap gerakan di bawahnya. Hal ini dapat mengurangi gaya lateral yang dialami selama gempa bumi sekitar setengah hingga tiga perempat menurut kebanyakan penelitian yang pernah kami lihat. Terdapat pula pendekatan hibrida di mana mereka menggabungkan berbagai metode, seperti rangka pengaku eksentrik, yang berhasil menciptakan keseimbangan antara kekakuan yang cukup untuk stabilitas namun tetap memberikan kelenturan saat diperlukan. Sistem-sistem ini membantu mengendalikan tingkat kerusakan yang terjadi ketika terjadi guncangan sangat kuat.
Gempa Northridge tahun 1994 menyoroti ketangguhan baja—bangunan rangka momen baja yang telah diperkuat tampil jauh lebih baik dibanding struktur beton. Demikian pula, Menara Toranomon Hills setinggi 346 meter di Tokyo selamat dari gempa Tohoku tahun 2011 tanpa kerusakan berkat sistem diagrid baja dan peredam massa terkendali, meskipun mengalami perpindahan tanah hingga 6,5 meter.
Studi kinerja seismik tahun 2023 menemukan bahwa struktur baja pulih tiga kali lebih cepat dibanding beton setelah gempa besar. Meskipun kayu menawarkan fleksibilitas karena bobotnya yang ringan, kayu tidak memiliki kekuatan leleh yang konsisten (275–450 MPa) seperti baja, sehingga baja 40% lebih efektif dalam menahan beban aksial dan lateral secara bersamaan pada bangunan bertingkat.
Rasio kekuatan terhadap berat dari baja berarti bangunan dapat bertahan terhadap angin yang bertiup lebih dari 150 mil per jam, hampir sama dengan yang kita lihat selama badai kategori empat, tanpa kerusakan nyata pada struktur itu sendiri. Yang membuat baja begitu istimewa adalah kemampuannya untuk membengkok ketika tekanan meningkat, bukannya patah secara langsung. Aksi membengkok ini justru membantu menyerap sebagian gaya dan mencegah sambungan-sambungan gagal sepenuhnya. Ketika melihat angka kinerja aktual, panel baja ditemukan tahan terhadap penetrasi puing terbang sekitar 72 persen lebih baik dibandingkan bahan bangunan umum lainnya menurut penelitian yang dipublikasikan oleh Lembaga Keamanan Angin pada tahun 2022. Bagi siapa pun yang tinggal di wilayah di mana badai menjadi tamu rutin, perbedaan perlindungan semacam ini sangat penting bagi alasan keselamatan.
Setelah Badai Michael (2018), 92% bangunan berkerangka baja di Panama City, Florida, tetap beroperasi meskipun terjadi angin dengan kecepatan 160 mph dan kerusakan luas. Di wilayah rawan tornado seperti Moore County, Oklahoma, bangunan baja mengalami kegagalan atap 40% lebih rendah dibandingkan struktur berkerangka kayu, menurut Penilaian Kinerja Bangunan FEMA tahun 2021.
Atap baja mungkin hanya memiliki berat sekitar 2,1 pon per kaki persegi dibandingkan beton yang mencapai 6,5 pon, tetapi apa yang kurang dalam berat digantikan oleh kekuatannya terhadap gaya angkat. Baja sebenarnya dapat bertahan tiga kali lebih baik dalam kondisi tersebut karena kemampuannya mentransfer beban dan tetap terikat dengan aman. Pengujian menunjukkan bahwa ketika sistem pengikat canggih digunakan, sambungan 58 persen lebih kecil kemungkinannya untuk terlepas selama tekanan angin menurut eksperimen terowongan angin. Artinya, bangunan tetap stabil bahkan ketika alam melepaskan serangan terburuknya.
Untuk memaksimalkan tahanan angin, bangunan baja modern mengadopsi elemen desain aerodinamis:
Dikombinasikan dengan perangkat lunak pemodelan prediktif, fitur-fitur ini memungkinkan struktur baja melebihi persyaratan beban angin ASCE 7-22 sebesar 15–25% di wilayah pesisir.
Baja tidak terbakar dan meleleh pada suhu sekitar 1.300 derajat Celsius yang merupakan suhu sangat tinggi. Artinya, baja tidak akan terbakar atau melepaskan gas berbahaya ketika terjadi kebakaran. Menurut penelitian dari NIST pada tahun 2022, bangunan yang menggunakan kerangka baja mampu bertahan sekitar 42 persen lebih lama dibandingkan bangunan dengan kerangka kayu. Waktu tambahan ini bisa membuat perbedaan besar selama evakuasi darurat. Meskipun demikian, baja mulai kehilangan kekuatannya saat suhu mencapai sekitar 530 derajat Celsius, namun peraturan bangunan modern memiliki cara untuk mengatasi masalah ini. Mereka mengintegrasikan sistem cadangan dan membagi struktur menjadi bagian-bagian terpisah sehingga meskipun sebagian bangunan rusak, area lain tetap cukup stabil agar orang dapat keluar dengan aman.
Lapisan intumescent khusus ini mengembang saat terkena suhu tinggi, membentuk lapisan arang pelindung yang benar-benar memperlambat laju pemanasan baja. Gabungkan dengan material tahan api berbasis semen, dan elemen struktural seperti balok serta kolom bahkan dapat lulus uji kebakaran ketat ASTM E119 selama 2 hingga 4 jam sebelum terjadi kelengkungan. Beberapa penelitian terbaru menunjukkan bahwa baja yang telah dilapisi dengan benar mampu mempertahankan sekitar 90 persen kekuatannya pada suhu sekitar 800 derajat Celsius, sedangkan baja biasa tanpa pelindung turun hingga hanya 35 persen kapasitasnya dalam kondisi yang sama menurut temuan yang dipublikasikan di Journal of Fire Protection Engineering tahun lalu.
Ketika kayu mencapai suhu sekitar 300 derajat Celsius atau 572 Fahrenheit, kayu mulai terbakar dan mengeluarkan gas yang mudah terbakar yang menyebabkan api menyebar lebih cepat. Gas-gas ini sebenarnya bertanggung jawab atas sekitar dua pertiga dari semua kebakaran gedung yang mematikan menurut data National Fire Protection Association dari tahun lalu. Mengganti material membuat perbedaan besar di sini. Baja tidak menyediakan sumber bahan bakar seperti halnya kayu, yang berarti nyala api tidak menyebar melalui struktur dengan mudah. Pengujian menunjukkan bahwa baja secara signifikan memperlambat laju penyebaran api, mengurangi tingkat propagasi hingga sekitar 83 persen menurut penelitian dari Fire Protection Research Foundation. Meskipun lapisan kayu yang hangus dapat melindungi terhadap kerusakan panas langsung untuk beberapa waktu, baja bersikap jauh lebih dapat diprediksi ketika terkena suhu tinggi. Prediktabilitas ini memungkinkan insinyur struktural merancang sistem penopang yang lebih baik di seluruh bangunan. Akibatnya, bangunan tinggi yang menggunakan rangka baja memiliki risiko runtuh yang jauh lebih kecil selama kebakaran hebat. Studi yang dilakukan oleh ACI Fire Resistance Committee menunjukkan bahwa desain semacam ini mengurangi kemungkinan runtuh hampir 91 persen dibandingkan konstruksi kayu tradisional.
Kemampuan adaptasi baja memberi ruang bagi insinyur untuk menyesuaikan desain mereka sesuai jenis bencana yang mungkin terjadi di berbagai wilayah. Ambil contoh daerah rawan banjir, di mana penopang baja dipasang lebih tinggi dari ketinggian banjir normal. Bangunan di sepanjang pantai sering menggunakan paduan khusus yang tahan karat akibat udara asin. Beberapa penelitian terbaru yang mengamati ketahanan struktur saat bencana menunjukkan bahwa ketika kerangka baja dirancang secara spesifik untuk setiap lokasi, biaya perbaikan dapat dikurangi sekitar 40 persen dibandingkan metode konstruksi biasa. Pendekatan khusus semacam ini tidak hanya menghemat biaya, tetapi juga membantu memenuhi regulasi bangunan serta lebih tahan terhadap segala kondisi alam yang terjadi seiring waktu.
FEA dan berbagai teknik pemodelan komputasi memungkinkan insinyur melihat bagaimana bangunan baja bereaksi ketika menghadapi tantangan besar seperti gempa bumi atau angin badai dengan kekuatan sekitar 150 mph. Model ini membantu menemukan area masalah jauh sebelum konstruksi yang sebenarnya dimulai. Penelitian terbaru dari 2024 menemukan bahwa menambahkan kecerdasan buatan ke perangkat lunak simulasi sebenarnya meningkatkan akurasi prediksi sekitar 28 persen dibandingkan dengan pendekatan yang lebih lama. Aplikasi praktis berarti insinyur struktural dapat menyesuaikan ukuran balok, tweak detail koneksi, dan mendesain ulang sistem bracing berdasarkan apa yang mereka pelajari. Apa hasilnya? Bangunan yang lebih baik dalam kondisi stres yang spesifik untuk lokasi mereka, apakah itu zona aktivitas seismik atau daerah pesisir rentan terhadap badai.
Fleksibilitas baja memungkinkan berbagai cara menangani beban pada elemen struktural yang berbeda seperti rangka pengaku, sambungan momen, dan diafragma. Semua ini bekerja bersama untuk menerima dan menyebarkan gaya ketika bencana terjadi. Yang membuat baja benar-benar menonjol adalah kemampuannya untuk melentur sedikit sebelum patah, memberi insinyur ruang ekstra untuk kesalahan. Sebuah studi terbaru tahun lalu menunjukkan bahwa setelah gempa besar, bangunan baja tetap mempertahankan sekitar 89 persen kekuatan aslinya, sedangkan struktur beton hanya mencapai sekitar 67 persen. Insinyur merancang sistem cadangan ini mengikuti aturan desain tertentu, sehingga jika satu bagian mengalami kerusakan, bagian lain secara otomatis mengambil alih untuk menjaga agar struktur tetap berdiri. Pendekatan inilah yang membantu menjelaskan mengapa begitu banyak bangunan modern bergantung pada baja meskipun biaya awalnya lebih tinggi.
Apa yang membuat baja menjadi pilihan efektif untuk daerah rawan gempa?
Baja sangat efektif di daerah yang rentan gempa karena ketangkasannya, yang memungkinkan untuk membengkok dan menyerap kekuatan seismik, mencegah keruntuhan mendadak.
Bagaimana kinerja struktur baja selama badai?
Rasio kekuatan/berat baja membantu bangunan menahan angin kencang dan dampak puing-puing, tetap beroperasi bahkan setelah badai yang parah.
Apakah baja tahan api?
Ya, baja secara inheren tahan api dan tidak terbakar, menjadikannya pilihan yang lebih aman dibandingkan dengan bahan seperti kayu.
Dapatkah baja disesuaikan untuk bahaya regional tertentu?
Desain baja dapat disesuaikan dengan ancaman regional tertentu, meningkatkan ketahanan terhadap bencana lokal seperti banjir dan karat di daerah pesisir.
Hak cipta © 2025 oleh Bao-Wu(Tianjin) Import & Export Co.,Ltd. - Kebijakan Privasi
EN
