1. analisis sambungan paku-nailed joint

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

Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu

42

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

D

ess

K

FDt,Z

33

IIIm eD

em

RK

DpFk,Z

21

33 1

dengan:

2

2

13

212121

pF

DRFRk

em

eybe

IIIs eD

ems

RK

FDtk,Z

2

33 2 dengan:

2

2

23

212121

sem

eyb

e

e

tF

DRF

R

Rk

IV e

ybem

D R

FF

K

D,Z

13

233 2

Catatan:

p = kedalaman penetrasi efektif batang alat pengencang pada

komponen pemegang (lihat Gambar 20)

DK = 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

eR = esem FF /

BAB 4 Analisis Sambungan Paku

43

eF = kuat tumpu kayu

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

oven

ybF = 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 eF untuk berbagai nilai berat jenis kayu

Berat jenis kayu G

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

Nilai eF (N/mm2) 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

Jenis paku Diameter

(mm)

Panjang

(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


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

wZ = 31,6DpG2,5 (N)

dimana D adalah diameter paku, p adalah kedalaman penetrasi kayu

dan G adalah berat jenis kayu kering.

Gambar 20. Pengujain tahanan cabut paku dan grafik hasil pengujian

0

100

200

300

400

500

600

700

0 1 2 3 4 5

Tah

an

an

ca

bu

t (N

)

Slip

Douglas fir

Tsugi


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.

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

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

a

b

c

e

b

ad

e

ce

(a)

(b)


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 dC

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

p

(b)

p

(a)

p p

v4D


48

Tahanan lateral acuan dikalikan dengan faktor kedalaman

penetrasi (p), sebagaimana dinyatakan berikut ini.

Untuk: p ≥ 12D, maka dC = 1,00

6D ≤ p ≤ 12D, dC = p/12D

p ≤ 6D, dC = 0,00

2. Serat ujung egC

Tahanan lateral acuan harus dikalikan dengan faktor serat

ujung, Ceg = 0,67, untuk alat pengencang yang ditanamkan ke

dalam serat ujung kayu.

Gambar 23. Sambungan paku pada serat ujung kayu

3. Sambungan paku miring tnC

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.

Paku Paku

Batang pemegang


49

Gambar 24. Sambungan paku miring

4. Sambungan diafragma diC

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.

Paku miring

Kayu samping

Kayu utama


50

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 ( ybF ) = 620 N/mm2

Kuat samping dan kayu utama dianggap memiliki berat jenis yang

sama yaitu 0,5, maka esF = emF = 31,98 N/mm2 dan 00,1eR .

Tebal kayu samping ( st ) = 25 mm

Penetrasi pada komponen pemegang ( p )

p = 102 mm – 25 mm – 50 mm = 27 mm

DK = 2,2 (untuk paku dengan diameter < 4,3 mm)

Tahanan lateral acuan ( Z ) satu irisan

Moda kelelehan sI

D

ess

K

FDt,Z

33 =

2,2

98,31252,43,3 xxx = 10074 N

5/12

2,5/12

2,5/12

20 kN

10 kN

10 kN


51

Moda kelelehan mIII

2

2

13

212121

pF

DRFRk

em

eybe

= 2

2

2798,313

2,412162021121

xx

xxx = 1,22

eD

em

RK

DpFk,Z

21

33 1

= 1212,2

98,31272,422,13,3

x

xxxx

= 4432 N

Moda kelelehan sIII

2

2

23

212121

sem

eyb

e

e

tF

DRF

R

Rk

= 2

2

2598,313

2,41216202

1

1121

xx

xx

= 1,26

eD

ems

RK

FDtk,Z

2

33 2 = 122,2

98,31252,426,13,3

xxxx

= 4221 N

Moda kelelehan IV

e

ybem

D R

FF

K

D,Z

13

233 2

=

113

62098,312

2,2

2,43,3 2

xxx

= 4302 N


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 ( dC )

p = 27 mm > 6D (6 x 4,2 = 25,2 mm)

< 12D (12 x 4,2 = 50,4 mm), maka:

dC = D

p

12 =

2,412

27

x = 0,536

ZCZ d' ( diC , egC , dan tnC tidak diperhitungkan)

8442536,0' xZ

'Z = 4525 N

Menghitung tahanan lateral ijin satu paku ( uZ )

'ZZ zu

452565,08,0 xxZu

uZ = 2353 N


53

Menghitung jumlah paku ( fn )

fn = uZ

P =

2353

20000 = 8,5 paku

(dipasang sebanyak 10 paku seperti gambar di bawah)

Ketentuan penempatan alat sambung paku:

Spasi dalam satu baris ( a ) : xD10 = 42 mm 50 mm

Jarak antar baris (b ) : xD5 = 21 mm 30 mm

Jarak ujung ( c ) : xD15 = 63 mm 75 mm

Jarak tepi tidak dibebani ( e ) : xD5 = 21 mm 30 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 sebesar 1,00.

5/12 2x2,5/12

7,5 6x5

3

7,5 Satuan dalam cm

6

3

C L

P P 3/12 5/12

3x5

4x3

7 7 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 ybF = 689 N/mm2

Kuat tumpu kayu; emes FF = 38,11 N/mm2 dan 00,1eR

Tebal kayu penyambung (tebal kayu terkecil) = 30 mm

Kedalaman penetrasi p = 76 mm - 30 mm = 46 mm

DK = 2,2 (diameter paku < 4,3 mm)


5831 Is

3126 IIIm

2163 IIIs

1622 IV

Menghitung tahanan lateral acuan terkoreksi 'Z

Nilai koreksi penetrasi dC

P = 46 mm > 12D (12x3,4 = 40,8 mm) 00,1 dC

ZCZ d'

1622162200,1' xZ N


55

Menghitung gaya tarik maksimum sambungan P

'ZnP zf

162265,000,112 xxxP

12651P N

Gaya tarik P maksimum adalah 12,6 kN

Contoh 3

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.

Satuan dalam cm

Tampak atas

2x3 2x3/12

5/12

P

4x3

2

4

Tampak samping


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 2/689 mmNFyb

Kuat tumpu kayu; emes FF = 44,73 N/mm2 dan 00,1eR

Tebal kayu samping st = 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)



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


Nilai koreksi penetrasi dC

p = 33 mm > 6D (6 x 3,1= 18,6 mm)

< 12D (12 x 3,1 = 37,2 mm), maka:


57

dC = D

p

12 =

2,37

33 = 0,89

maka 89,02,37

33dC

2599292189,0' NxZCZ d N

Menghitung gaya tarik maksimum sambungan P

'ZnP zf

259965,08,09 xxxP 12163 N

Gaya tarik P maksimum adalah 12 kN

Contoh 4

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.

5/12

2/12

2/12

20 kN 20 kN 5/12


58

Penyelesaian


Paku CN65 memiliki diameter = 3,1 dan panjang 63 mm.

Kuat lentur paku 2/689 mmNFyb

Kuat tumpu kayu; 2/98,31 mmNFF emes dan 00,1eR



v = 2 x (p -0,5tm) = 36 mm > 4D (4x3,1 = 12,4 mm)



2249 IIIm

1233 IIIs

1235 IV


Z = 2 x 1233 N = 2466 N

Menghitung nilai koreksi penetrasi dC

P = 46 mm > 12D (12x3,4 = 40,8 mm) 00,1 dC


2466246600,1' xZCZ d N


59

Menghitung jumlah paku

5,12246665,000,1

20000'

xxZ

Pn

zf

15 paku

Contoh 5

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.

5/12 2x2,5/12

7,5 6x5

4x3

7,5 Satuan dalam cm

C L

Tampak depan (separuh bentang)

30 kN

40/150

20 kN

2x25/150

45

40 25 25

Satuan dalam mm


60

Penyelesaian


Diameter paku = 2,8 mm dan panjang paku = 51 mm

Kuat lentur paku ybF = 689 N/mm2

Kuat tumpu kayu untuk berat jenis 0,5:

esF = emF = 31,98 N/mm2, 00,1eR

Tebal kayu: ts = 25 mm, dan tm = 50 mm



v = 2 x (p -0,5tm) = 12 mm > 4D (4x2,8 = 11,2 mm)



1305 IIIm

1266 IIIs

1008 IV


Z = 2 x 1008 N = 2016 N

Menghitung nilai koreksi penetrasi ( dC )

P = 26 mm > 6D (6x2,8 = 16,8 mm)

< 12D (12x2,8 = 33,6 mm)


61

6,33

26

12

D

pCd = 0,77

Tahanan lateral terkoreksi ( 'Z )

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

Menghitung jumlah paku fn

155265,000,1

20000' xxZ

Pn

zf

= 19,8 20 paku

40/150

2x25/150

45 4x25

30

20

5xa a = (150/cos45o)/5

Satuan dalam mm

1. analisis sambungan paku-nailed joint

Documents