Perpustakaan Digital ITB

Sistem rangka pemikul momen khusus (SRPMK) merupakan salah satu sistem struktur tahan gempa yang banyak digunakan pada bangunan bertingkat tinggi di wilayah rawan gempa, termasuk Indonesia. Penggunaan kolom Steel Reinforced Concrete (SRC) pada sistem ini menawarkan keunggulan berupa kekakuan dan kapasitas yang lebih tinggi dibandingkan kolom beton bertulang konvensional pada dimensi penampang yang relatif sama, sehingga cocok diaplikasikan pada bangunan tinggi yang menuntut efisiensi ruang. Namun demikian, proses desain kolom SRC ini melibatkan sejumlah variabel keputusan yang saling berinteraksi, mencakup dimensi selubung beton, mutu beton, profil baja, serta konfigurasi tulangan. Kompleksitas ini membuat pencarian desain optimal secara manual menjadi tidak praktis, terlebih lagi jika dua kriteria evaluasi, yaitu biaya material dan dampak lingkungan berupa embodied carbon harus dipertimbangkan secara bersamaan. Perancang pada praktiknya sering kali hanya berfokus pada minimasi biaya, sementara pertimbangan emisi karbon material konstruksi belum menjadi praktik umum, padahal sektor konstruksi menyumbang porsi signifikan terhadap emisi karbon global. Penelitian ini bertujuan mengembangkan sebuah program optimasi multiobjektif yang mampu menghasilkan desain kolom SRC pada portal 2D SRPMK secara otomatis dengan meminimumkan biaya material dan embodied carbon secara simultan, serta mengevaluasi pengaruh variasi ketinggian bangunan terhadap karakteristik solusi optimal yang dihasilkan dan pola pelanggaran desain selama proses optimasi. Program dikembangkan dengan mengintegrasikan tiga komponen utama, yaitu algoritma optimasi Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) yang diimplementasikan melalui library pymoo, analisis struktur menggunakan OpenSeesPy untuk memperoleh gaya-gaya dalam akibat kombinasi beban gravitasi dan gempa, serta modul verifikasi kapasitas dan batasan desain yang mengacu pada SNI, mencakup persyaratan kapasitas kolom, kapasitas balok, strong column weak beam, kapasitas geser hubungan balok-kolom, interaksi aksial-lentur, batasan luas penampang masing-masing material, serta kontrol simpangan antartingkat dan stabilitas P-Delta. Objek studi berupa portal 2D dengan tiga bentang masing-masing 8 meter, dievaluasi pada tiga variasi ketinggian bangunan, yaitu 16, 24, dan 32 lantai, dengan lokasi struktur di Kota Bandung. Pada pemodelan sistem ini, penggunaan profil baja IWF pada elemen balok diterapkan sebagai penyederhanaan metodologi untuk menjaga fokus utama penelitian pada optimasi kolom SRC. Sebelum tahap optimasi utama dilaksanakan, parameter NSGA-II dikalibrasi menggunakan metode Taguchi dengan matriks ortogonal L27 untuk memperoleh kombinasi ukuran populasi, probabilitas penyilangan, probabilitas mutasi, serta indeks distribusi penyilangan dan mutasi yang optimal pada masing-masing studi kasus. Keandalan program analisis struktur turut diverifikasi melalui perbandingan hasil analisis periode natural dan simpangan antartingkat terhadap perangkat lunak komersial ETABS. Hasil verifikasi menunjukkan galat periode natural sebesar 2%-3% dan galat simpangan antartingkat 2%-3% terhadap ETABS, yang keduanya berada pada batas toleransi yang ditetapkan, sehingga program analisis struktur yang dikembangkan dapat dinyatakan andal dan siap diintegrasikan dalam tahap optimasi. Hasil optimasi pada ketiga studi kasus menghasilkan kurva Pareto front dengan rentang yang sangat sempit pada ruang objektif biaya-karbon, dengan selisih biaya antara solusi biaya minimum dan solusi karbon minimum tidak melebihi 6 juta Rupiah, serta selisih embodied carbon tidak pernah melebihi 1000 kg CO2. Sempitnya rentang ini dikonfirmasi lebih lanjut melalui analisis korelasi terhadap seluruh solusi feasible yang pernah dievaluasi sepanjang proses optimasi, yang menunjukkan hubungan linear yang sangat kuat antara biaya dan embodied carbon, dengan koefisien korelasi Pearson berkisar di sekitar 0,997 pada ketiga studi kasus. Temuan ini mengindikasikan bahwa trade-off antara efisiensi biaya dan keberlanjutan lingkungan pada sistem SRPMK dengan kolom SRC tidak signifikan secara praktis, sehingga perancang dapat mengadopsi desain dengan embodied carbon terendah tanpa risiko pembengkakan biaya yang berarti. Ditinjau dari pengaruh ketinggian bangunan, hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai fungsi objektif meningkat secara nonlinear terhadap penambahan jumlah lantai, dengan eskalasi biaya dan embodied carbon dari portal 16 lantai ke 32 lantai mencapai sekitar 2,8 kali lipat, jauh melampaui rasio penambahan jumlah lantai yang hanya dua kali lipat. Penelusuran terhadap probabilitas pelanggaran batasan desain sepanjang proses optimasi mengungkap bahwa batasan strong column weak beam dan stabilitas P-Delta merupakan dua batasan paling dominan dan konsisten membatasi ruang pencarian solusi pada ketiga studi kasus, dengan pola dominasi yang berbeda antar ketinggian struktur. Proporsi material pada solusi optimal turut bergeser secara sistematis seiring dengan bertambahnya ketinggian bangunan, ditandai dengan meningkatnya proporsi profil baja kolom, menurunnya proporsi tulangan transversal, serta fluktuasi pada proporsi beton dan tulangan longitudinal yang diduga berkaitan dengan mutu beton yang dipilih algoritma.