Sambungan sederhana adalah koneksi struktural yang dirancang untuk mentransfer gaya geser sambil memungkinkan rotasi ujung balok. Dalam dunia rekayasa struktur baja, memahami desain sambungan sederhana (juga dikenal sebagai simple connection atau shear connection) adalah fundamental. Desain yang tepat memastikan bahwa beban vertikal dari balok, seperti beban mati (dead load) dan beban hidup (live load), ditransfer secara efisien ke elemen penyokong seperti kolom atau balok induk, tanpa menimbulkan momen lentur yang signifikan.
Menurut American Institute of Steel Construction (AISC), sebuah sambungan diklasifikasikan sebagai “sederhana” jika kekakuannya hanya mentransfer kurang dari 20% momen lentur dari sambungan jepit (kaku) ideal. Fleksibilitas ini krusial untuk validitas asumsi desain pada struktur rangka berpengaku (braced frame), di mana stabilitas lateral ditopang oleh sistem breising (bracing).
Mengapa Sambungan Sederhana Hanya Boleh Menerima Gaya Geser?
Sambungan sederhana didesain untuk berperilaku seperti sendi (pin), yang secara inheren bebas berotasi. Kemampuan rotasi ini mencegah transfer momen lentur (bending moment) dari balok ke kolom. Dengan mengisolasi momen, analisis struktur menjadi lebih sederhana dan memungkinkan penggunaan profil baja yang lebih ringan dan ekonomis, karena balok didesain sebagai tumpuan sederhana (simply supported).
Prinsip utama di balik desain ini adalah untuk menciptakan jalur beban yang jelas dan dapat diprediksi. Bayangkan sebuah jembatan mainan: jika sambungannya kaku, saat satu bagian melentur, bagian lainnya akan ikut tertarik dan tertekuk. Namun, jika sambungannya berupa sendi, setiap bagian dapat bergerak (berotasi) sedikit tanpa membebani bagian lain dengan momen yang tidak diinginkan.
Dalam struktur baja nyata, sambungan sederhana menghubungkan web (badan profil) balok ke elemen penyokong. Karena web berada di dekat sumbu netral profil, ia paling efektif dalam menahan tegangan geser (shear stress), sementara flange (sayap profil) yang menahan sebagian besar tegangan lentur dibiarkan bebas. Inilah kunci mengapa koneksi pada web secara efektif menjadi sambungan geser.
Bagaimana Cara Mendesain 4 Tipe Sambungan Geser yang Umum Digunakan?
Empat tipe sambungan geser yang paling umum adalah Fin Plate, Double Angle Cleat, End Plate, dan Seated Connection. Desainnya melibatkan pemilihan tipe yang sesuai, perhitungan jumlah dan ukuran baut (bolt) atau dimensi las (weld) berdasarkan besar gaya geser, serta pemeriksaan terhadap potensi kegagalan sesuai standar SNI 1729 atau AISC.
Berikut adalah rincian dari masing-masing tipe:
1. Sambungan Pelat Sirip (Fin Plate Connection)
Sambungan ini menggunakan satu plat baja vertikal yang dilas ke kolom di bengkel (shop-welded) dan kemudian dibaut ke web balok di lapangan (field-bolted).
- Mekanisme: Beban geser dari balok ditransfer melalui baut ke plat sirip, lalu melalui las ke kolom.
- Aplikasi: Sangat populer untuk koneksi balok-ke-kolom dan balok-ke-balok karena kemudahan dan kecepatan ereksi (pemasangan).
- Pertimbangan Desain: Perlu perhitungan terhadap geser baut, tumpu pada pelat dan web balok, serta kekuatan las.
2. Sambungan Siku Ganda (Double Angle Cleat Connection)
Tipe ini menggunakan dua profil siku (angle) yang dipasang di kedua sisi web balok. Satu kaki siku dibaut ke web balok, sementara kaki lainnya dibaut ke elemen penyokong.
- Mekanisme: Gaya geser ditransfer dari web balok ke baut, lalu ke profil siku, dan akhirnya ke kolom melalui baut lainnya.
- Aplikasi: Merupakan metode tradisional yang sangat andal, terutama untuk mengakomodasi variasi kecil selama pemasangan.
- Pertimbangan Desain: Fleksibilitasnya berasal dari deformasi kecil pada kaki siku yang menempel di kolom.
3. Sambungan Pelat Ujung (End Plate Connection)
Pada sambungan ini, sebuah pelat dilas tegak lurus pada ujung balok di bengkel. Pelat ini kemudian dibaut langsung ke flange atau web kolom di lapangan.
- Mekanisme: Beban geser ditransfer dari web balok, melalui las ke end plate, dan langsung ke kolom melalui baut.
- Aplikasi: Menghasilkan tampilan yang bersih dan sering digunakan dalam struktur rangka baja arsitektural. Ketebalan pelat biasanya antara 6 mm hingga 10 mm untuk memastikan fleksibilitas.
- Pertimbangan Desain: Desain harus memastikan pelat cukup tipis untuk dapat melentur dan memberikan rotasi yang diperlukan, namun cukup kuat untuk menahan geser.
4. Sambungan Dudukan (Seated Connection)
Berbeda dari tiga tipe sebelumnya, sambungan ini mentransfer beban secara vertikal melalui kontak tumpu (bearing). Sebuah profil siku atau T dipasang di bawah balok sebagai dudukan.
- Mekanisme: Beban geser dari balok diterima oleh dudukan sebagai gaya tumpu, yang kemudian mentransfernya ke kolom. Siku kedua yang lebih kecil sering dipasang di bagian atas untuk stabilitas lateral.
- Aplikasi: Sangat berguna saat ereksi karena balok dapat diletakkan di atas dudukan sebelum dibaut, meningkatkan keamanan dan kemudahan.
- Pertimbangan Desain: Kekuatan dudukan terhadap tekuk lokal dan kekuatan las atau baut ke kolom menjadi perhatian utama.
Apa Saja Potensi Kegagalan pada Sambungan Geser dan Cara Mitigasinya?
Potensi kegagalan utama pada sambungan geser meliputi kegagalan geser pada baut, kegagalan tumpu pada pelat, dan keruntuhan robek blok (block shear rupture). Mitigasinya adalah dengan memastikan jumlah baut yang cukup, tebal pelat yang memadai, serta jarak baut ke tepi dan antar baut yang sesuai dengan standar desain LRFD (Load and Resistance Factor Design).
Meskipun sambungan sederhana didesain untuk efisiensi, ada beberapa mode kegagalan kritis yang harus diantisipasi oleh perencana.
- Kelebihan Desain Sederhana: Cepat dipasang, biaya fabrikasi lebih rendah, dan analisisnya lugas. Namun, kesederhanaan ini tidak boleh mengorbankan keamanan.
- Potensi Kegagalan & Mitigasi:
- Kegagalan Geser Baut (Bolt Shear Failure): Terjadi ketika baut terpotong oleh gaya geser. Ini adalah mode kegagalan yang paling mendasar.
- Mitigasi: Gunakan baut mutu tinggi (high-strength bolt) dengan diameter dan jumlah yang sesuai hasil perhitungan. Pastikan apakah baut mengalami geser tunggal (single shear) atau ganda (double shear).
- Kegagalan Tumpu Pelat (Bearing Failure): Terjadi ketika lubang baut pada pelat atau web balok mengalami deformasi atau sobek akibat tekanan dari baut.
- Mitigasi: Pastikan tebal material (web balok atau pelat sambung) cukup untuk mendistribusikan gaya tumpu. Standar SNI 1729:2020 memberikan formula untuk memeriksa kapasitas tumpu berdasarkan jarak tepi dan jarak antar baut.
- Keruntuhan Robek Blok (Block Shear Rupture): Ini adalah mode kegagalan kompleks di mana sebuah “blok” material robek dari sambungan, melibatkan kombinasi kegagalan geser di sepanjang baris baut dan kegagalan tarik di penampang tegak lurusnya.
- Mitigasi: Lakukan pemeriksaan kapasitas robek blok sesuai formula standar yang memperhitungkan luas penampang geser dan tarik pada jalur kegagalan potensial.
- Kegagalan Geser Baut (Bolt Shear Failure): Terjadi ketika baut terpotong oleh gaya geser. Ini adalah mode kegagalan yang paling mendasar.
Sambungan Las vs. Sambungan Baut untuk Transfer Geser?
Untuk sambungan geser di lapangan, sambungan baut (bolted joint) umumnya lebih disukai karena kecepatan, kemudahan inspeksi, dan tidak memerlukan welder berkualifikasi tinggi di lokasi proyek. Sambungan las (welded joint) lebih sering digunakan di bengkel fabrikasi untuk membuat komponen seperti fin plate atau end plate.
Berikut adalah tabel perbandingan komprehensif antara kedua metode penyambungan untuk aplikasi sambungan geser:
| Kriteria | Sambungan Baut (di Lapangan) | Sambungan Las (di Lapangan) |
| Kecepatan Pemasangan | Sangat Cepat | Lambat |
| Kebutuhan Tenaga Ahli | Sedang (Fitter & operator kunci torsi) | Tinggi (Welder bersertifikat WPQ) |
| Inspeksi Kualitas | Mudah (Inspeksi visual & verifikasi torsi) | Kompleks (Memerlukan NDT seperti UT atau MT) |
| Fleksibilitas/Pembongkaran | Mudah | Sulit (Permanen) |
| Kondisi Cuaca | Toleran terhadap cuaca buruk | Sensitif terhadap angin dan hujan |
| Biaya Tenaga Kerja | Lebih Rendah | Lebih Tinggi |
Kesimpulan
Desain sambungan sederhana yang hanya mentransfer gaya geser adalah pilar dari konstruksi baja yang efisien dan aman. Kunci utamanya adalah memastikan sambungan memiliki fleksibilitas yang cukup untuk berotasi, sehingga mencegah timbulnya momen lentur yang tidak diinginkan pada kolom. Pemilihan antara tipe fin plate, double angle, end plate, atau seated connection bergantung pada kebutuhan proyek, biaya, dan kemudahan ereksi.
Para perencana harus selalu merujuk pada standar desain terkini seperti SNI 1729:2020 atau AISC 360-16 untuk formula perhitungan detail dan persyaratan geometris. Bekerja sama dengan kontraktor baja di Bali yang berpengalaman akan memastikan bahwa detail desain dapat dieksekusi dengan presisi di lapangan.
Saat meninjau gambar struktur baja, periksa apakah sambungan balok-ke-kolom hanya terhubung pada web balok. Jika koneksi hanya pada web dan tidak ada pengaku atau sambungan pada flange, itu adalah indikasi kuat bahwa sambungan tersebut dirancang sebagai sambungan geser sederhana.