Why Structural Calculations are Important in Design | Mengapa Perhitungan Struktural Penting dalam Desain
The design of a building involves many disciplines, and each of them contributes an important element to the process.
Architects give your building the appearance of your choice and make it function the way you want.
Mechanical, electrical, and plumbing engineers design the systems that let your occupants enjoy comfortable temperatures, fresh air, the convenience of electricity, potable water, and sanitation services.
Structural engineers make your building stand. They design structures to defy gravity, withstand heavy winds, and continue standing even as the ground beneath them starts to shake. Engineers support their design with structural calculations – a complex, little-known tool that lacks the glory of architectural design. If you are planning a construction project, you’ve likely heard of them. You may have wondered what they were, or whether they applied to your project.
So, what are structural calculations?
They are the math behind your building’s ability to stay upright. Engineers use them to determine the loads that a building must withstand and the properties of members that comprise its structure. These include piers, piles, footings, columns, joists, beams, slabs, trusses, and rafters, as well the various connection mechanisms that hold the structure together.
From a budget perspective, quality calculations can help you economize on your project. On average, the materials and labor involved in erecting a building’s structure can add up to 20% of the total construction costs. With such a large portion of your budget at stake, your structural calculations must afford the most efficient way of constructing a compliant, sturdy building. An experienced engineering team will pinpoint structural efficiencies through their calculations and help your project meet its intended budget.
In the permitting process, the accuracy of structural calculations plays a critical part. Building department officials examine them for compliance with all applicable local codes; non-compliant calculations are sent back for revisions to the engineering team, thus delaying the permit process and your scheduled construction date. Quality structural calculations, on the other hand, can streamline permitting and get you building faster.
How Structural Calculations Fit Into the Design Process
Architectural planning is the first stage of the design process. This phase gives you-the client-a chance to share your vision with the architect, and communicate your intentions regarding the building’s appearance, function, and cost. The architect then interpolates your conceptions into the design and lays them out in a set of drawings.
The next step is to design a structure that can support the building’s architectural features. The engineers in charge of this process will perform several calculations during this process.
First, engineers must predict what loads they expect to act on the building. Referred to as specified loads, these include:
- live loads, which are imposed by the occupants, furniture, vehicles, and equipment
- dead loads, caused by the weight of the building itself
- loads inflicted by the forces of nature, such as wind, earthquakes, and snow
Engineers can find most of these loads in local adaptations of the California Building Code.
Next, engineers must work out the design loads – the loads they intend the structure to handle. These are higher than specified loads, as buildings are typically designed to withstand more loads than they are likely to bear.
With loads established, engineers can design the structure. At this stage, building code dimension tables will be used to find out the appropriate sizes of structural members. These tables allow the user to arrive at unknown variables, such as the depth of a beam or the width of a column, by looking up established values, such as dead and live loads.
Engineers will also calculate members’ stiffness and strength. Stiffness refers to a member’s ability to resist deformation when subjected to a force. Stiffness is expressed as a ratio of force to deformation, and is measured in pounds per inch when the force is tensile or compressive, or pounds per degree for rotational, shear, and torsional forces.
A material’s strength tells us the maximum load that it can withstand before deforming or failing. To arrive at a member’s strength, engineers would calculate its bending or shear stress, depending on what stresses are expected to act on the member.
Once the structural design is complete and sent for plan check review by your local building department, the correctness of structural calculations will become an important factor in streamlining the permit process.
Building Permit Requirements
A building permit is your local government’s authorization to perform the construction activities related to your project. Not to be confused with approvals, this compliance enforcement mechanism scrutinizes your project’s adherence to local codes. In California, there are several codes that a project must comply with to get the permits associated with the work. Most buildings require at least the following permits before construction may commence:
- demolition permit
- grading permit
- building permit
- mechanical, electrical, and plumbing permits
Each permit application requires supporting documentation, typically consisting of plans and specifications for the relevant scope. Building permit applications normally include architectural and structural drawings, as well as the structural calculations upon which the drawings are based.
In assessing your building permit application, the building officials must make sure that your project has a structure that can withstand gravity and environmental loads specified in the building code.
The structural calculations submitted with the permit application justify the engineers’ choice of structural members and their configuration. By providing a clear set of accurate structural calculations to support the drawings, your engineers help the reviewing official understand how they arrived at their design. This, in turn, speeds up your permit application.
Free Translation:
Desain sebuah bangunan melibatkan banyak disiplin ilmu, dan masing-masing memberikan kontribusi elemen penting dalam proses tersebut.
Arsitek memberikan bangunan Anda tampilan pilihan Anda dan membuatnya berfungsi seperti yang Anda inginkan.
Insinyur mekanik, kelistrikan, dan perpipaan merancang sistem yang memungkinkan Anda menikmati suhu yang nyaman, udara segar, kenyamanan listrik, air minum, dan layanan sanitasi.
Insinyur struktur membuat bangunan Anda berdiri. Mereka merancang struktur untuk melawan gravitasi, menahan angin kencang, dan terus berdiri bahkan saat tanah di bawahnya mulai bergetar. Insinyur mendukung desain mereka dengan kalkulasi struktural – alat yang kompleks dan jarang diketahui orang yang tidak memiliki kemuliaan desain arsitektur. Jika Anda merencanakan proyek konstruksi, Anda mungkin pernah mendengarnya. Anda mungkin bertanya-tanya apa itu, atau apakah mereka diterapkan pada proyek Anda.
Jadi, apakah perhitungan struktural itu?
Hal itu adalah matematika di balik kemampuan bangunan Anda untuk tetap tegak. Para insinyur menggunakannya untuk menentukan beban yang harus ditahan oleh sebuah bangunan dan properti anggota yang menyusun strukturnya. Ini termasuk tiang, tiang, pijakan, kolom, balok, balok, pelat, rangka, dan kasau, serta berbagai mekanisme sambungan yang menyatukan struktur.
Dari perspektif anggaran, kalkulasi kualitas dapat membantu Anda menghemat proyek Anda. Rata-rata, bahan dan tenaga kerja yang terlibat dalam mendirikan struktur bangunan dapat berjumlah hingga 20% dari total biaya konstruksi. Dengan sebagian besar anggaran Anda yang dipertaruhkan, perhitungan struktural Anda harus menghasilkan cara yang paling efisien untuk membangun gedung yang kokoh dan patuh. Tim teknik berpengalaman akan menentukan efisiensi struktural melalui perhitungan mereka dan membantu proyek Anda memenuhi anggaran yang dimaksudkan.
Dalam proses perizinan, keakuratan perhitungan struktural memainkan peran penting. Pejabat departemen gedung memeriksanya untuk kepatuhan terhadap semua kode lokal yang berlaku; perhitungan yang tidak sesuai dikirim kembali untuk direvisi ke tim teknik, sehingga menunda proses perizinan dan tanggal konstruksi yang dijadwalkan. Kalkulasi struktural yang berkualitas, di sisi lain, dapat merampingkan perizinan dan membuat Anda membangun lebih cepat.
Bagaimana Perhitungan Struktural Sesuai Dengan Proses Desain
Perencanaan arsitektural adalah tahap pertama dari proses desain. Fase ini memberi Anda-klien-kesempatan untuk membagikan visi Anda dengan arsitek, dan mengomunikasikan niat Anda terkait penampilan, fungsi, dan biaya bangunan. Arsitek kemudian menginterpolasi konsepsi Anda ke dalam desain dan meletakkannya dalam satu set gambar.
Langkah selanjutnya adalah mendesain struktur yang dapat mendukung fitur arsitektur bangunan. Para teknisi yang bertanggung jawab atas proses ini akan melakukan beberapa perhitungan selama proses ini.
Pertama, insinyur harus memprediksi beban apa yang mereka harapkan untuk dilakukan pada bangunan. Disebut sebagai beban yang ditentukan, ini termasuk:
beban hidup, yang dibebankan oleh penghuni, furnitur, kendaraan, dan peralatan
beban mati, yang disebabkan oleh berat bangunan itu sendiri
beban yang ditimbulkan oleh kekuatan alam, seperti angin, gempa bumi, dan salju
Para insinyur dapat menemukan sebagian besar beban ini dalam adaptasi lokal California Building Code.
Selanjutnya, teknisi harus mengerjakan beban desain – beban yang ingin mereka tangani oleh struktur. Ini lebih tinggi dari beban yang ditentukan, karena bangunan biasanya dirancang untuk menahan lebih banyak beban daripada yang mungkin mereka tanggung.
Dengan beban yang ditetapkan, insinyur dapat mendesain struktur. Pada tahap ini akan digunakan tabel dimensi kode bangunan untuk mengetahui ukuran member struktur yang sesuai. Tabel ini memungkinkan pengguna untuk menemukan variabel yang tidak diketahui, seperti kedalaman balok atau lebar kolom, dengan mencari nilai yang ditetapkan, seperti beban mati dan beban hidup.
Insinyur juga akan menghitung kekakuan dan kekuatan anggota. Kekakuan mengacu pada kemampuan anggota untuk menahan deformasi saat mengalami gaya. Kekakuan dinyatakan sebagai rasio gaya terhadap deformasi, dan diukur dalam pound per inci saat gaya tarik atau tekan, atau pound per derajat untuk gaya rotasi, geser, dan torsi.
Kekuatan material memberi tahu kita beban maksimum yang dapat ditahannya sebelum berubah bentuk atau gagal. Untuk sampai pada kekuatan anggota, teknisi akan menghitung tegangan tekuk atau gesernya, bergantung pada tegangan yang diharapkan bekerja pada anggota tersebut.
Setelah desain struktur selesai dan dikirim untuk tinjauan pemeriksaan rencana oleh departemen bangunan setempat, ketepatan perhitungan struktur akan menjadi faktor penting dalam menyederhanakan proses perizinan.
Persyaratan Izin Mendirikan Bangunan
Izin bangunan adalah otorisasi pemerintah daerah Anda untuk melakukan kegiatan konstruksi yang berkaitan dengan proyek Anda. Jangan bingung dengan persetujuan, mekanisme penegakan kepatuhan ini memeriksa kepatuhan proyek Anda pada kode lokal. Di California, tberikut adalah beberapa kode yang harus dipatuhi proyek untuk mendapatkan izin yang terkait dengan pekerjaan tersebut. Sebagian besar bangunan memerlukan setidaknya izin berikut sebelum konstruksi dapat dimulai:
- izin pembongkaran
- izin penilaian
- izin mendirikan bangunan
- izin mekanik, listrik, dan perpipaan
Setiap permohonan izin membutuhkan dokumentasi pendukung, biasanya terdiri dari rencana dan spesifikasi untuk ruang lingkup yang relevan. Permohonan izin bangunan biasanya mencakup gambar arsitektur dan struktur, serta kalkulasi struktur yang menjadi dasar gambar tersebut.
Dalam menilai permohonan izin bangunan Anda, pejabat bangunan harus memastikan bahwa proyek Anda memiliki struktur yang dapat menahan gravitasi dan beban lingkungan yang ditentukan dalam peraturan bangunan.
Perhitungan struktural yang diajukan dengan permohonan izin membenarkan pilihan anggota struktural dan konfigurasinya. Dengan menyediakan satu set perhitungan struktural akurat yang jelas untuk mendukung gambar, teknisi Anda membantu petugas peninjau memahami bagaimana mereka sampai pada desain mereka. Ini, pada gilirannya, mempercepat pengajuan izin Anda.
