ANALISIS SAMBUNGAN PAKU

4

ANALISIS SAMBUNGAN PAKU Alat sambung paku masih sering dijumpai pada struktur atap, dinding, atau pada struktur rangka rumah. Tebal kayu yang disambung biasanya tidak terlalu tebal berkisar antara 20 mm sampai dengan 40 mm. Paku bulat merupakan jenis paku yang lebih mudah diperoleh dari pada paku ulir. Paku ulir (deformed nail) memiliki koefisien gesekan yang lebih besar dari pada paku bulat sehingga tahanan cabutnya lebih tinggi. Tahanan lateral sambungan dengan alat sambung paku dihitung berdasarkan ketentuan-ketentuan yang ada pada SNI-5 Tata cara perencanaan konstruksi kayu (2002).

I. Tahanan lateral acuan Tahanan lateral acuan dari suatu sambungan yang menggunakan paku baja satu irisan yang dibebani secara tegak lurus terhadap sumbu alat pengencang dan dipasang tegak lurus sumbu komponen struktur, diambil

sebagai

nilai

terkecil

dari

nilai-nilai

yang

dihitung

menggunakan semua persamaan pada Tabel 7 dan dikalikan dengan jumlah alat pengencang (nf). Untuk sambungan yang terdiri atas tiga komponen sambungan dengan dua irisan, tahanan lateral acuan

42

Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu

diambil sebesar dua kali tahanan lateral acuan satu irisan yang terkecil. Tabel 7. Tahanan lateral acuan satu paku (Z) pada sambungan dengan satu irisan yang menyambung dua komponen Moda kelelehan

Tahanan lateral (Z)

Is

Z 

3,3 Dt s Fes KD

IIIm

Z

3,3k1DpFem K D 1  2 Re 

k1   1 

2 1  Re   Z

IIIs

k 2   1 

IV

dengan:

2 F yb 1  2 Re D 2 3 Fem p 2

3,3k2 Dts Fem K D 2  Re 

dengan:

2 2 1  Re  2 F yb 1  2 Re D  Re 3 Fem t s2

Z

3,3D 2 KD

2 Fem Fyb

31  Re 

Catatan:

p

= kedalaman penetrasi efektif batang alat pengencang pada komponen pemegang (lihat Gambar 20)

KD

Re

= 2,2

: untuk D ≤ 4,3 mm

= 0,38D+0,56

: untuk 4,3 mm ≤ D ≤ 6,4 mm

= 3,0

: untuk D ≥ 6,4 mm

= Fem / Fes

BAB 4 Analisis Sambungan Paku

Fe

43

= kuat tumpu kayu = 114,45G1,84 (N/mm2) dimana G adalah berat jenis kayu kering oven

Fyb

= kuat lentur paku (lihat Tabel 9)

Nilai kuat tumpu kayu untuk beberapa nilai berat jenis dapat dilihat pada Tabel 8. Semakin besar nilai berat jenis suatu kayu, maka semakin besar pula nilai kuat tumpunya. Umumnya alat sambung paku digunakan pada kayu dengan berat jenis tidak tinggi mengingat mudahnya paku untuk tekuk (buckling). Tekuk pada paku juga disebabkan oleh tingginya nilai banding antara panjang dan diameter paku (angka kelangsingan) sebagai ciri khas alat sambung paku.

Tabel 8. Kuat tumpu paku

Fe  untuk berbagai nilai berat jenis kayu Berat jenis kayu

Nilai F e (N/mm2)

G 

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

21,21

26,35

31,98

38,11

44,73

51,83

59,40

Nilai kuat lentur paku dapat diperoleh dari supplier atau distributor paku. Pengujian kuat lentur paku dilakukan dengan metode three-point bending test seperti pada ASTM F1575-03. Untuk jenis paku bulat pada umumnya, kuat lentur paku dapat dilihat pada Tabel 9 (ASCE, 1997). Kuat lentur paku menurun dengan semakin dengan meningkatnya diameter paku. Jenis paku lainnya seperti paku baja

44


(hardened steel nails) memiliki kuat lentur yang lebih tinggi dari pada nilai di Tabel 9. Dimensi paku yang meliputi diameter dan panjang dapat dilihat pada Tabel 10. Tabel 9. Kuat lentur paku untuk berbagai diameter paku bulat Diameter paku

Kuat lentur paku Fyb

 3,6 mm

689 N/mm2

3,6 mm < D  4,7 mm

620 N/mm2

4,7 mm < D  5,9 mm

552 N/mm2

5,9 mm < D  7,1 mmm

483 N/mm2

7,1 mm < D  8,3 mm

414N/mm2

D > 8,3 mm

310 N/mm2

Tabel 10. Berbagai ukuran diameter dan panjang paku Diameter

Panjang

(mm)

(mm)

CN50

2,8

51

CN65

3,1

63

CN75

3,4

76

CN90

3,8

89

CN100

4,2

102

CN110

5,2

114

Jenis paku


45

II. Tahanan cabut paku Selain

menahan

gaya

lateral,

alat

sambung

paku

juga

dimungkinkan untuk menerima gaya aksial cabut seperti pada Gambar 20. Tahanan cabut paku tidak boleh diperhitungkan untuk alat sambung paku yang ditanam ke dalam serat ujung. Tahan cabut acuan pada sambungan satu paku dengan batang paku ditanam pada sisi kayu adalah

Zw

= 31,6DpG2,5 (N)

dimana D adalah diameter paku, p adalah kedalaman penetrasi kayu dan G adalah berat jenis kayu kering.

700

600

Douglas fir Tahanan cabut (N)

500

400

300

Tsugi

200

100

0 0

1

2

3

4

5

Slip

Gambar 20. Pengujain tahanan cabut paku dan grafik hasil pengujian

46


III. Geometrik sambungan paku Spasi dalam satu baris ( a ). Pada semua arah garis kerja beban lateral terhadap arah serat kayu, spasi minimum antar alat pengencang dalam suatu baris diambil sebesar 10 D bila digunakan pelat sisi dari kayu dan minimal 7 D untuk pelat sisi dari baja. Spasi antar baris ( b ). Pada semua arah garis kerja beban lateral terhadap arah serat kayu, spasi minimum antar baris adalah 5 D. (a) e

b c

a

(b)

a : spasi dalam satu baris b : spasi antar baris c : jarak ujung d : jarak tepi dengan beban e : jarak tepi tanpa beban

b

d

a e e

c

Gambar 21. Geometrik sambungan paku: (a) sambungan horisontal, dan (b) sambungan vertikal Jarak ujung ( c ). Jarak minimum dari ujung komponen struktur ke pusat alat pengencang terdekat diambil sebagai berikut: a. untuk beban tarik lateral 15 D untuk pelat sisi dari kayu, 10 D untuk pelat sisi dari baja, dan


47

b. untuk beban tekan lateral 10 D untuk pelat sisi dari kayu, 5 D untuk pelat sisi dari baja. Jarak tepi (jarak tepi dengan beban, d , dan jarak tepi tanpa beban, e ). Jarak minimum dari tepi komponen struktur ke pusat alat pengencang terdekat diambil sebesar:  5 D pada tepi yang tidak dibebani,  10 D pada tepi yang dibebani.

IV. Faktor koreksi sambungan paku 1. Kedalaman penetrasi

C d  p

p

(a) v4D

p

p

(b)

Gambar 22. Sambungan paku dua irisan (a) dan satu irisan (b)

48

Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu Tahanan lateral acuan dikalikan dengan faktor kedalaman penetrasi (p), sebagaimana dinyatakan berikut ini. Untuk: p ≥ 12D,

maka

Cd = 1,00

6D ≤ p ≤ 12D,

Cd = p/12D

p ≤ 6D,

Cd = 0,00

 

2. Serat ujung C eg

Tahanan lateral acuan harus dikalikan dengan faktor serat ujung, Ceg = 0,67, untuk alat pengencang yang ditanamkan ke dalam serat ujung kayu.

Paku

Paku

Batang pemegang

Gambar 23. Sambungan paku pada serat ujung kayu 3. Sambungan paku miring C tn  Unuk kondisi tertentu, penempatan paku pada kayu harus dilakukan secara miring (tidak tegak lurus) seperti pada Gambar 24. Pada sambungan seperti ini, tahanan lateral acuan harus dikalikan dengan faktor paku miring, Ctn, sebesar 0,83.


49

Kayu samping Paku miring

Kayu utama

Gambar 24. Sambungan paku miring 4. Sambungan diafragma C di  Faktor koreksi ini hanya berlaku untuk sambungan rangka kayu dengan plywood seperti pada struktur diafragma atau shear wall (dinding geser). Nilai faktor koreksi ini umumnya lebih besar dari pada 1,00.

IV. Contoh analisis sambungan paku Contoh 1 Rencanakan sambungan perpanjangan seperti gambar di bawah ini dengan menggunakan alat sambung paku. Kayu penyusun sambungan memiliki berat jenis 0,5. Asumsikan nilai (  ) sebesar 0,8.

50


10 kN

2,5/12 5/12

10 kN

20 kN

2,5/12

Gambar contoh soal 1 (tampak atas) Penyelesaian Dicoba paku CN100 (diameter 4,2 mm dan panjang 102 mm). Menghitung tahanan lateral acuan satu paku (Z) Diameter paku ( D ) = 4,2 mm Kuat lentur paku ( Fyb ) = 620 N/mm2 Kuat samping dan kayu utama dianggap memiliki berat jenis yang sama yaitu 0,5, maka Fes = Fem = 31,98 N/mm2 dan Re  1,00 . Tebal kayu samping ( t s ) = 25 mm Penetrasi pada komponen pemegang ( p )

p = 102 mm – 25 mm – 50 mm = 27 mm K D = 2,2

(untuk paku dengan diameter < 4,3 mm)

Tahanan lateral acuan ( Z ) satu irisan Moda kelelehan I s

Z

3,3Dts Fes 3,3x 4,2 x 25 x31,98 = 10074 N = 2,2 KD


51

Moda kelelehan III m

k1   1  21  Re  

=

 1 

Z

21  1 

2 Fyb 1  2 Re D 2 3Fem p 2

2 x620 x1  2 x14,2 = 1,22 3x31,98 x 27 2 2

3,3k1DpFem 3,3x1,22 x 4,2 x 27 x31,98 = 4432 N = K D 1  2 Re  2,21  2 x1

Moda kelelehan III s 2 21  Re  2 Fyb 1  2 Re D k2   1   Re 3Femt s2

=

 1 

Z

21  1 2 x6201  2 x14,2   = 1,26 1 3x31,98 x 252 2

3,3k2 Dts Fem 3,3x1,26 x 4,2 x 25 x31,98 = = 4221 N 2,22  1 K D 2  Re 

Moda kelelehan IV

3,3D 2 Z KD

2 Fem Fyb

31  Re 

3,3x4,2 = 2,2

2

2 x31,98 x620 = 4302 N 31  1

52


Tahanan lateral acuan (N)

Moda kelelehan

10074

Is

4432

IIIm

4221

IIIs

4302

IV

Tahanan lateral acuan untuk dua irisan,

Z = 2 x 4221 = 8442 N

Menghitung tahanan lateral acuan terkoreksi ( Z ' ) Nilai koreksi penetrasi ( Cd )

p = 27 mm > 6D (6 x 4,2 = 25,2 mm) < 12D (12 x 4,2 = 50,4 mm), maka:

Cd =

p 27 = = 0,536 12 D 12 x 4,2

Z '  Cd Z ( Cdi , Ceg , dan Ctn tidak diperhitungkan)

Z '  0,536 x8442 Z ' = 4525 N Menghitung tahanan lateral ijin satu paku ( Z u )

Z u   z Z ' Z u  0,8 x0,65 x 4525 Z u = 2353 N


53

Menghitung jumlah paku ( n f )

nf =

20000 P = = 8,5 paku Zu 2353

(dipasang sebanyak 10 paku seperti gambar di bawah) 3 2x2,5/12

5/12

6 3 CL

Satuan dalam cm

7,5

7,5

6x5

Ketentuan penempatan alat sambung paku: 

Spasi dalam satu baris ( a )

: 10 xD = 42 mm

 50 mm



Jarak antar baris ( b )

: 5 xD

= 21 mm

 30 mm



Jarak ujung ( c )

: 15 xD = 63 mm

 75 mm



Jarak tepi tidak dibebani ( e )

: 5 xD

 30 mm

= 21 mm

Contoh 2 Hitunglah P yang diijinkan dari sambungan satu irisan di bawah ini, jika paku yang dipergunakan adalah CN75, berat jenis kayu adalah 0,55 dan faktor waktu

P

5/12

  sebesar 1,00.

4x3

3/12

7

3x5

7

P

Satuan dalam cm

54


Penyelesaian Menghitung tahanan lateral acuan satu baut Z  Paku CN75 memiliki diameter 3,4 mm dan panjang 76 mm

 

Kuat lentur paku Fyb = 689 N/mm2 Kuat tumpu kayu; Fes  Fem = 38,11 N/mm2 dan Re  1,00 Tebal kayu penyambung (tebal kayu terkecil) = 30 mm Kedalaman penetrasi  p  = 76 mm - 30 mm = 46 mm

K D = 2,2 (diameter paku < 4,3 mm) Tahanan lateral acuan (N)

Moda kelelehan

5831

Is

3126

IIIm

2163

IIIs

1622

IV

Menghitung tahanan lateral acuan terkoreksi Z ' Nilai koreksi penetrasi C d  P = 46 mm > 12D (12x3,4 = 40,8 mm)

Z '  Cd Z Z '  1,00 x1622  1622 N

 C d  1,00


55

Menghitung gaya tarik maksimum sambungan P 

P  n f  z Z ' P  12 x1,00 x0,65 x1622

P  12651 N  Gaya tarik P maksimum adalah 12,6 kN

Contoh 3

P

Tampak samping

Tampak atas 5/12

4 2x3/12

2x3 2

Satuan dalam cm

4x3

Gambar contoh soal 3 Hitunglah besarnya gaya tarik

P dari sambungan buhul di atas yang

tersusun dari kayu dengan berat jenis 0,6 dan paku CN65. Asumsikan nilai faktor waktu

  sebesar 0,8.

56


Penyelesaian Menghitung tahanan lateral acuan satu baut Z  satu irisan Paku CN65 memiliki diameter = 3,1 mm dan panjang = 63 mm

 

Kuat lentur paku Fyb  689 N / mm

2

Kuat tumpu kayu; Fes  Fem = 44,73 N/mm2 dan Re  1,00 Tebal kayu samping t s  = 30 mm Kedalaman penetrasi  p  = 63 mm – 30 mm = 33 mm Kontrol overlapping (v) v = 2 x (p -0,5tm) = 2 x (33 -25) = 16 mm > 4D (4x3,1 = 12,4 mm)


Moda kelelehan

6240

Is

2441

IIIm

2248

IIIs

1461

IV

Karena penempatan paku pada dua sisi, maka tahanan lateral acuan:

Z = 2 x 1461 N = 2921 N Menghitung tahanan lateral acuan terkoreksi Z ' Nilai koreksi penetrasi C d 

p = 33 mm > 6D (6 x 3,1= 18,6 mm) < 12D (12 x 3,1 = 37,2 mm), maka:


Cd = maka C d 

57

33 p = = 0,89 12 D 37,2

33  0,89 37,2

Z '  C d Z  0,89 x 2921 N  2599 N Menghitung gaya tarik maksimum sambungan P 

P  n f  z Z ' P  9 x0,8 x0,65 x 2599  12163 N Gaya tarik P maksimum adalah 12 kN

Contoh 4

2/12 20 kN

20 kN 5/12

5/12 2/12

Gambar contoh soal 4 (tampak atas) Rencanakan sambungan perpanjangan seperti gambar di atas dengan menggunakan alat sambung paku CN65. Kayu penyusun sambungan memiliki berat jenis 0,5. Asumsikan nilai  sebesar 1,00.

58


Penyelesaian Menghitung tahanan lateral acuan satu baut Z  satu irisan Paku CN65 memiliki diameter = 3,1 dan panjang 63 mm.

 

Kuat lentur paku Fyb  689 N / mm

2

Kuat tumpu kayu; Fes  Fem  31,98 N / mm dan Re  1,00 2

Kedalaman penetrasi  p  = 63 mm – 20 mm = 43 mm Kontrol overlapping (v) v = 2 x (p -0,5tm) = 36 mm > 4D (4x3,1 = 12,4 mm)


Moda kelelehan

2249

IIIm

1233

IIIs

1235

IV


Z = 2 x 1233 N = 2466 N Menghitung nilai koreksi penetrasi C d  P = 46 mm > 12D (12x3,4 = 40,8 mm)

 C d  1,00

Menghitung tahanan lateral acuan terkoreksi Z '

Z '  C d Z  1,00 x 2466  2466 N


59

Menghitung jumlah paku

nf 

P 20000   12,5  15 paku '  z Z 1,00 x0,65 x 2466 CL

2x2,5/12

5/12

4x3

7,5

6x5

Satuan dalam cm

7,5

Tampak depan (separuh bentang)

Contoh 5 20 kN Satuan dalam mm

40/150

30 kN

2x25/150

45 25

40

25

Gambar contoh 5 Rencanakan sambungan seperti gambar di atas dengan menggunakan alat sambung paku CN50. Kayu penyusun sambungan memiliki berat jenis 0,5. Asumsikan = 1,0, Ceg= 1,0, dan Ctn= 1,0.

60


Penyelesaian Menghitung tahanan lateral acuan satu baut Z  satu irisan Diameter paku = 2,8 mm dan panjang paku = 51 mm

 

Kuat lentur paku Fyb = 689 N/mm2 Kuat tumpu kayu untuk berat jenis 0,5:

Fes = Fem = 31,98 N/mm2, Re  1,00 Tebal kayu: ts = 25 mm, dan tm = 50 mm Kedalaman penetrasi  p  = 51 mm – 25 mm = 26 mm Kontrol overlapping (v) v = 2 x (p -0,5tm) = 12 mm > 4D (4x2,8 = 11,2 mm)


Moda kelelehan

1305

IIIm

1266

IIIs

1008

IV


Z = 2 x 1008 N = 2016 N Menghitung nilai koreksi penetrasi ( Cd ) P = 26 mm > 6D (6x2,8 = 16,8 mm) < 12D (12x2,8 = 33,6 mm)


Cd 

61

p 26 = 0,77  12 D 33,6

Tahanan lateral terkoreksi ( Z ' )

Z ' = Cd Z = 0,77 x 2016 = 1552 N

 

Menghitung jumlah paku n f

nf 

P 20000  = 19,8  20 paku '  z Z 1,00 x0,65 x1552

40/150

Satuan dalam mm 5xa

a = (150/cos45o)/5

30

2x25/150

4x25 20

45

ANALISIS SAMBUNGAN PAKU

Recommend Documents