nailed joint

4ANALISIS 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 4

0

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 F es

K D

IIIm Z 3 , 3 k 1 DpF em

KD 1 2Re dengan:

k1 1 21 Re 2 Fyb 1 2 Re D 2

3Fem p 2

IIIs Z 3 , 3 k 2 Dt s F em

KD 2 Re dengan:

k2 1 2 1 R e

Re 2 Fyb 1 2 Re D 2

3Fem ts2

IV Z 3,3D2

KD

2 F em F yb

31 Re Catatan:

p = kedalaman penetrasi efektif batang alat pengencang pada

komponen pemegang (lihat Gambar 20)

K D

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 43

Fe

Fyb

= kuat tumpu kayu

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

oven

= 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

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

Berat jenis kayu G

0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70

2

Nilai F e (N/mm )21,21 26,35 31,98 38,11 44,73 51,83 59,40


(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

Tabel 10. Berbagai ukuran diameter dan panjang paku

Jenis pakuDiameter

(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

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 2414N/mm

D > 8,3 mm 310 N/mm2

Tahanancabut(N)


II. Tahanan cabut pakuSelain menahan gaya lateral, alat sambung paku juga

dimungkinkan untuk menerima gaya aksial cabut seperti pada Gambar

20. Tahanan cabut paku tidak boleh diperhitungkanuntuk alat

sambung paku yang ditanam ke dalam serat ujung. Tahan cabut acuan

pada sambungan satu paku dengan batang paku ditanam pada sisi kayu

adalah

Z w = 31,6DpG2,5 (N)

dimana D adalah diameter paku, p adalah kedalaman penetrasi kayu

dan G adalah berat jenis kayu kering.

700

600

Douglas fir500

400

300

200 Tsugi

100

0

0 1 2 3 4 5

Slip

Gambar 20. Pengujain tahanan cabut paku dan grafik hasil pengujian


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

a

e

b

c

d

e

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


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 penetra

si

p

Cd

p p

(a)

v4D

p

(b)

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


Tahanan lateral acuan dikalikan dengan faktor kedalaman

penetrasi (p), sebagaimana dinyatakan berikut ini.

Untuk: p ≥ 12D, maka

6D ≤ p ≤ 12D,

p ≤ 6D,

Cd = 1,00

Cd = p/12D

Cd = 0,00

2. Serat ujung Ceg 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 Ctn 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.


Kayu samping

Paku miring

Kayu utama

Gambar 24. Sambungan paku miring

4. Sambungan diafragma Cdi 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 in

i

dengan menggunakan alat sambung paku. Kayu penyusun sambunga

n

memiliki berat jenis 0,5. Asumsikan nilai ( ) sebesar 0,8.

50

10 kN 2,5/12

Dasar-Dasar Perencanaan Sambungan Kayu

5/12 20 kN

10 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 ( ts ) = 25 mm

Penetrasi pada komponen pemegang ( p )p = 102 mm – 25 mm – 50 mm = 27 mm

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

Tahanan lateral acuan ( Z ) satu irisan

Moda kelelehan Is

Z 3 , 3 Dt s F es

KD

=3,3x4, 2x25x31,98 = 10074 N

2,2

2,21 2x1

2x6201 2x14,2

3,3x4,2


Moda kelelehan IIIm

k1 1 21 Re 2Fyb 1 2Re D2

3Fem p2

= 1 21 1

2x620x1 2x14,23x31,98x27 2 2 = 1,22

Z 3 , 3 k 1 DpF em

KD 1 2Re

=3,3x1, 22x4, 2x27x31,98 = 4432 N

Moda kelelehan IIIs

k2 1 2 1 R e Re

2Fyb 1 2Re D2

3Femts2

= 1 2 1 1

1

3x31,98x252

2 = 1,26

Z 3 , 3 k 2 Dt s F em

KD 2 Re = 3,3 x 1, 26 x 4, 2 x 25 x 31,98

2,22 1= 4221 N

Moda kelelehan IV

Z 3,3D2

KD

2 F em F yb

31 Re =

2,2

2

2 x 31,98 x 620 31 1

= 4302 N


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

12D =

2712x4,2 = 0,536

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

Z ' 0,536x8442Z ' = 4525 N

Menghitung tahanan lateral ijin satu paku ( Zu )

Zu zZ 'Z u 0,8x0,65x4525Zu = 2353 N

Tahanan lateral acuan (N) Moda kelelehan

10074 Is

4432 IIIm

4221 IIIs

4302 IV

3x5


Menghitung jumlah paku ( n f )

n f =PZu =

200002353 = 8,5 paku

(dipasang sebanyak 10 paku seperti gambar di bawah)

3

2x2,5/12 6

3

CL

5/12

Satuan dalam cm

7,5 6x5 7,5

Ketentuan penempatan alat sambung paku:

Spasi dalam satu baris ( a ) : 10xD = 42 mm 50 mm

Jarak antar baris ( b ) : 5xD = 21 mm 30 mm

Jarak ujung ( c ) : 15xD = 63 mm 75 mm

Jarak tepi tidak dibebani ( e ) : 5xD = 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.

P5/12 4x3 3/12

P

7 7 Satuan dalam cm


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 1,00Tebal 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)

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

Z ' Cd ZZ ' 1,00x1622 1622 N

Cd 1,00


5831 Is

3126 IIIm

2163 IIIs

1622 IV


Menghitung gaya tarik maksimum sambungan PP n f zZ 'P 12x1,00x0,65x1622P 12651 N Gaya tarik P maksimum adalah 12,6 kN

Contoh 3

Tampak samping

2x3/12

P

5/12

4

2x3

Tampak atas

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.


Penyelesaian

Menghitung tahanan lateral acuan satu baut Z satu irisanPaku CN65 memiliki diameter = 3,1 mm dan panjang = 63 mm

Kuat lentur paku Fyb 689 N / mm2

Kuat tumpu kayu; Fes Fem = 44,73 N/mm2 dan Re 1,00Tebal kayu samping ts = 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)


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

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


6240 Is

2441 IIIm

2248 IIIs

1461 IV


Cd = p12D

= 3337,2

= 0,89

maka Cd 33

37,2 0,89Z ' Cd Z 0,89x2921 N 2599 N

Menghitung gaya tarik maksimum sambungan PP n f zZ 'P 9x0,8x0,65x2599 12163 NGaya tarik P maksimum adalah 12 kN

Contoh 4

2/12

20 kN

5/12 5/12

20 kN

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.

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


Penyelesaian

Menghitung tahanan lateral acuan satu baut Z satu irisanPaku CN65 memiliki diameter = 3,1 dan panjang 63 mm.

Kuat lentur paku Fyb 689 N / mm2

2



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



Z = 2 x 1233 N = 2466 N

Menghitung nilai koreksi penetrasi Cd P = 46 mm > 12D (12x3,4 = 40,8 mm) Cd 1,00

Menghitung tahanan lateral acuan terkoreksi Z 'Z ' Cd Z 1,00x2466 2466 N


2249 IIIm

1233 IIIs

1235 IV

6x5 7,5

40


Menghitung jumlah paku

n f P

z Z'

20000

1,00x0,65x2466 12,5 15 paku

CL

2x2,5/12 4x3 5/12

7,5 Satuan dalam cm

Tampak depan (separuh bentang)

Contoh 5

20 kN

30 kN

Satuan dalam mm

40/150

2x25/150

45

25 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.


Penyelesaian

Menghitung tahanan lateral acuan satu baut Z satu irisanDiameter 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 1,00Tebal kayu: ts = 25 mm, dan tm = 50 mm



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



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)


1305 IIIm

1266 IIIs

1008 IV


Cd p12D

2633,6

= 0,77

Tahanan lateral terkoreksi ( Z ' )Z ' = Cd Z = 0,77 x 2016 = 1552 N

Menghitung jumlah paku n f

n f P

zZ'

20000

1,00x0,65x1552 = 19,8 20 paku

Satuan dalam mm

40/150

5xa a = (150/cos45o)/5

30

2x25/150

nailed joint

Documents