1
PERENCANAAN STRUKTUR KAYU
• KEKUATAN
• KEKAKUAN
• STABILITAS
MATERIAL
(ORTOTROPIK, SIFAT FISIK, SIFAT MEKANIK)
ANALISIS STRUKTUR
METODE DISAIN
(DISAIN KOMPONEN STRUKTUR
DISAIN SAMBUNGAN)
2
MATERIAL ORTOTROPIK
• 3 (TIGA) SUMBU UTAMA MATERIAL YANG
SALING TEGAK-LURUS L (longitudinal), R (radial)
dan T (tangensial)
• SIFAT MEKANIS (KEKUATAN DAN BESARAN
ELASTIS) PADA KE TIGA ARAH BERBEDA
3
MATERIAL ORTOTROPIK
Arah Tegangan
Sumbu Radial
SUDUT ANTARA GAYA/TEGANGAN DENGAN
LINGKAR TUMBUH
Arah Tegangan
Arah Tegangan
90
˚
4
BESARAN ELASTIS
• ISOTROPIK
E = modulus elastisitas
= rasio Poisson
• ORTOTROPIK
E
1
, E
2
, E
3
= modulus
elastisitas arah 1, 2,
dan 3
12
,
21
,
13
,
31
,
23
,
32
= rasio Poisson
G
12
, G
13
, G
23
=
modulus geser
5
HUBUNGAN TEGANGAN REGANGAN MATERIAL ISOTROPIK
6
SIFAT FISIK
• BERAT JENIS
• KADAR AIR
• RANGKAK
• SUSUT
• TEMPERATUR
7
AKASIA
MANGIUM
MERANTI
KERUING
BANGKIRAI
DURIAN
IDENTIFIKASI JENIS KAYU
SIFAT MEKANIK dipengaruhi oleh
• BERAT JENIS
(specific gravity, SG, G):
SG besar → kekuatan dan E besar
• KADAR AIR
Basah (green): 30% > MC > 19%
Kering (air dried): MC < 19%
MC turun → kekuatan dan E naik
Diperhitungkan dengan C
M
(wet service
factor, faktor layan basah)
• ARAH SERAT
8
9
10
KUAT TARIK SEJAJAR SERAT
0.0 50.0 100.0 150.0 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 Regangan ft // (M P a ) AK-03(0.44) AK-04(0.44) AK-05(0.41) MR-09(0.60) MR-12(0.56) MR-15(0.52) KR-03(0.69) KR-06(0.66) KR-11(0.68)
F
t//
= 172.5 SG
1.05
(3.1)
E
e//
= 22687 SG
0.98
(3.2)
(3.3)
0.74
e//
u//
E
7.59
ε
11
KUAT TARIK TEGAK-LURUS SERAT
0.0 2.0 4.0 6.0 0 1 2 3 Peralihan (mm) ft ( M P a ) AK-01(0.45) AK-02(0.44) AK-03(0.47) MR-22(0.58) MR-23(0.58) MR-24(0.56) KR-06(0.73) KR-09(0.64) KR-10(0.64)
F
t|
= 7.37 SG
1.04
(3.4)
F
tθ|
= 7.78 SG
1.11
θ
0.05
(3.5)
12
KUAT TEKAN SEJAJAR SERAT
0.0 20.0 40.0 60.0 0.000 0.005 0.010 0.015 Regangan fc // (M P a ) AK-02(0.48) AK-05(0.45) AK-19(0.49) MR-05(0.60) MR-14(0.55) MR-24(0.55) KR-07(0.71) KR-21(0.70) KR-22(0.67)
13
KUAT TEKAN SEJAJAR SERAT
F
cu//
= 72.1 SG
0.95
(3.6)
F
cy//
= 62.4 SG
1.07
(3.7)
E
e//
= 15052 SG
1.20
(3.8)
E
p//
= 5777 SG
1.16
(3.9)
0.13
cy//
SG
0.0042
ε
cu//
0.36
SG
0.0058
ε
(3.10)
(3.11)
14
KUAT TEKAN TEGAK-LURUS SERAT
0.0 5.0 10.0 15.0 0.000 0.020 0.040 0.060 Regangan fc (M P a ) AK-22(0.48) AK-23(0.48) AK-24(0.48) MR-01(0.56) MR-02(0.55) MR-03(0.53) KR-02(0.65) KR-08(0.66) KR-09(0.71)
F
cy┴
= 11.48 SG
0.72
θ
0.10
(3.12)
E
e┴
= 1318 SG
1.56
θ
0.01
(3.13)
E
p┴
= 295 SG
2.61
θ
0.03
(3.14)
(3.21)1.16
0.05
cy
SG
0.0065θ
ε
(3.15)
15
KUAT GESER SEJAJAR SERAT
0.0 4.0 8.0 12.0 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
Peralihan (mm)
fv // ( M P a ) AK-01(0.45) AK-02(0.44) AK-03(0.47) MR-06(0.59) MR-07(0.59) MR-08(0.60) KR-06(0.70) KR-07(0.70) KR-08(0.72)02
.
0
28
.
1
//
v
8
.
15
F
SG
(3.16)
16
0 250 500 750 1000 0 1 2 3 4Peralihan (mm)
P (N ) AK-14(0.49) AK-23(0.52) AK-24(0.52) MR-13(0.59) MR-14(0.60) MR-15(0.58) KR-04(0.70) KR-05(0.73) KR-22(0.69)K
1
= 118.6 SG
1.18
(3.17)
G
I
= 1.42 SG
1.83
(3.18)
17
KUAT TUMPU BAUT SEJAJAR SERAT
0.5
0.12
eh//
mc
d
SG
356
F
(3.19)
(3.20)
0 15 30 45 0 1 2 3 4 Peralihan (mm) fe h/ / ( M P a ) AK-07(0.47) AK-08(0.44) AK-09(0.43) MR-08(0.55) MR-10(0.53) MR-12(0.55) KR-08(0.64) KR-09(0.70) KR-11(0.60)0.12
d
SG
103
12
-eh//
F
PRODUK KAYU OLAHAN
STRUKTURAL
SISTIM STRUKTUR
SISTIM STRUKTUR
43
• SNI-7973:2013
• Spesifikasi desain untuk konstruksi kayu
•
METODE DISAIN DAN
ANALISIS PADA KOMPONEN
STRUKTUR DAN SAMBUNGAN
44
METODE DISAIN
• Desain dengan Tegangan Ijin
(ALLOWABLE STRESS DESIGN)
• Desain dengan Faktor Beban dan Faktor
Tahanan
(LOAD AND RESISTANT
46
US CODE – SNI
• NDS 1986 (ASD)
• NDS 1991 (ASD)
• AWS 1995 (LRFD)
• NDS 1996 (LRFD)
• NDS 2001 (ASD)
• NDS 2005 (ASD/LRFD)
• NDS 2012 (ASD/LRFD)
• PKKI 1961 (ASD)…1980….SNI 03-XXXX-2002
(ASD/LRFD)
• SNI 7973:2013
47
Contoh kombinasi pembebanan pada ASD :
D
D + L
D + (La atau H)
D + 0,75L + 0.75(La atau H)
D + (0,6W atau 0,7E)
D + 0,75L + 0.75(0,6W) + 0.75(La
atau H)
D + 0,75L + 0.75(0,7E)
0,6D + 0,6W
0,6D + 0,7E
48
Dan kombinasi pembebanan pada LRFD :
1,4D
1,2D + 1,6L + 0,5(La atau H)
1,2D + 1,6(La atau H) + (L atau
0,5W)
1,2D + 1,0W + L + 0,5(La atau H)
1,2D + 1,0E + L
0,9D + 1,0W
0,9D + 1,0E
49
KOMBINASI BEBAN - LRFD
• 1.4D
• 1.2D + 1.6L + 0.5(L
a
atau H)
• 1.2D + 1.6(L
a
atau H) + (0.5L atau 0.8W)
• 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5(L
a
atau H)
• 1.2D + 1.0E + 0.5L
• 0.9D + (1.3W atau 1.0E)
D = beban mati
L = beban hidup
La = beban hidup di atap
H = beban hujan
W = beban angin
E = beban gempa
50
FAKTOR WAKTU
l
PADA KOMBINASI PEMBEBANAN
Kombinasi beban
l
1.4D
1.2D + 1.6L + 0.5(L
a
atau H)
1.2D + 1.6(L
a
atau H) + (0.5L atau 0.8W)
1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5(L
a
atau H)
1.2D + 1.0E + 0.5L
0.9D + (1.3W atau 1.0E)
0.6
(*)
0.8
1.0
1.0
1.0
Kuat Acuan dalam PKKI 1961
Tabel 2. Kuat Acuan (MPa) berdasarkan
modulus elastis, SNI 03-xxxx-2002
53
PEMILAHAN KAYU (GRADING)
• Mekanis (mechanical grading):
- E dicari dengan static bending test, flatwise)
- Besaran mekanis lain diprediksi berdasarkan E
yang telah diperoleh (SNI Tabel 4.2.1)
PEMILAHAN MASINAL DENGAN PANTER
MPK-3
56
FAKTOR TAHANAN
f
Jenis
f
Tekan
Lentur
Stabilitas
Tarik
Geser/puntir
Sambungan
f
c
= 0.90
f
b
= 0.85
f
s
= 0.85
f
t
= 0.80
f
v
= 0.75
f
z
= 0.65
57
Hany
a
DT
I
DTI dan DFBK
Hanya DFBK
Fak
tor
Durasi Beban
Fak
tor
Lay
an
Basah
Fak
tor
T
em
peratur
Fak
tor
Stabilitas
Balok
Fak
tor
Uk
uran
Fak
tor
Penggun
aan rebah
Fak
tor
T
usu
k
an
Fak
tor
Kom
ponen
struk
tur
Berulang
Fak
tor
Stabilitas
Kolom
Fak
tor
Kek
ak
uan
T
ek
uk
Fak
tor
Luas
T
um
pu
Fak
tor
Koversi
Form
at
Fak
tor
Ke
tah
ana
n
Fak
tor
Ef
ek
W
aktu
F
b
’= F
b
x
C
D
C
M
C
t
C
L
C
F
C
fu
C
i
C
r
-
-
-
2,54
0,85
l
F
t
’ = F
t
x
C
D
C
M
C
t
-
C
F
-
C
i
-
-
-
-
2,70
0,80
l
F
v
’ = F
v
x
C
D
C
M
C
t
-
-
-
C
i
-
-
-
-
2,88
0,75
l
F
c
= F
c
x
-
C
M
C
t
-
-
-
C
i
-
-
-
C
b
1,67
0,90
-F
c
‘ = F
c
x
C
D
C
M
C
t
-
C
F
-
C
i
-
C
P
-
-
2,40
0,90
l
E’ = E x
-
C
M
C
t
-
-
-
C
i
-
-
-
-
-
-
-E
min
’=E
min
x
-
C
M
C
t
-
-
-
C
i
-
-
C
T
-
1,76
0,85
60
No. Nama perdagangan Nama botanis Berat Jenis Kayu
1. Akasia Acacia mangium 0.52 (0.47-0.58)
2. Bungur Lagerstroemia speciosa 0.69 (0.58-0.81)
3. Damar Agathis alba 0.48 (0.43-0.54)
4. Durian Durio zibethinus 0.57 (0.42-0.69)
5. Jabon Anthocephalus cadamba 0.42 (0.29-0.56)
6. Jati Tectona grandis 0.67 (0.62-0.75)
7. Karet Hevea brasiliensis 0.59 (0.47-0.73)
8. Kayu afrika Maesopsis eminii 0.41 (0.34-0.48)
9. Kayu manis Cinnamomum purrectum 0.63 (0.40-0.86)
10. Laban Vitex pubescens 0.81 (0.72-0.87)
11. Mahoni Swietenia macrophylla 0.61 (0.53-0.67)
12. Matoa Pometia pinnata 0.77 (0.50-0.99)
13. Meranti Shorea sp 0.63 (0.47-0.83)
14. Mindi Melia excelsa 0.53 (0.48-0.57)
15. Pasang Quercus lineata 0.96 (0.90-1.10)
16. Balobo Diplodiscus sp 0.73 (0.67-0.73)
17. Puspa Schima wallichii 0.62 (0.45-0.72)
18. Rasamala Altingia excelsa 0.81 (0.61-0.90)
19. Saninten Catanopsis argentea 0.73 (0.55-0.85)
20. Sengon Paraserianthes falcataria 0.33 (0.24-0.49)
21. Sengon buto Enterolobium cyclocarpum 0.49 (0.39-0.57)
22. Sonokeling Dalbergia latifolia 0.83 (0.77-0.86)
23. Sonokembang Pterocarpus indicus 0.65 (0.49-0.84)
24. Sukun Artocarpus altilis 0.33 (0.24-0.54)
25. Sungkai Peronema canescens 0.63 (0.52-0.73)
26. Suren Toona sureni 0.39 (0.27-0.67)
27. Tusam Pinus merkusii 0.55 (0.40-0.75)
28. Waru Hibiscus tiliaceus 0.54 (0.36-0.64)
29. Waru gunung Hibiscus macrophyllus 0.40 (0.36-0.56)
30. Nyamplung Calophyllum inophyllum 0.69 (0.56-0.79)
Tabel 11.3.3.A
Berat Jenis Beberapa Kayu Indonesia
Tabel
1
1.3
.3.
A
Be
ra
t
Je
ni
s
Be
berap
a
Kayu
Indone
si
a
61
Line 3 Line 1
ANALISIS TEGANGAN DENGAN METODE ELEMEN HINGGA
Model sambungan kayu dengan baut
tunggal dengan elemen hingga
Daerah kontak
antara elemen
kayu dan baut
71
-0.10 0.10 0.30 0.50 0.70 0.90 1.10 1.30 1.50 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 S pe ct ra A cc e le ra ti on (g ) Time (s)Perbandingan Spectra Acceleration Gempa El Centro NS, Gempa
Bucharest NS , Gempa Kobe NS dan Respons Spectra Wilayah Bandung
Tanah Lunak
Sa El Centro Sa bdg lunak Sa El Centro FS=2/3 Sa El Centro FS=1.5 Bucharest KobeFS=0.672
-15
-10
-5
0
5
10
15
0
2
4
6
8
10
G a y a G e se r ( k N )waktu (s)
Perbandingan Gaya Geser Elemen 14 dan 15 Gempa
El-Centro 1940 (N-S) FS=1
Member
14
Member
15
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0
2
4
6
8
10
D e f o r m a s i (m m )Waktu (s)
Perbandingan Deformasi Titik 6 dan Titik 9 Gempa El
Centro 1940 (N-S) FS=1
Node
6
Node
9
-6 -4 -2 0 2 4 6 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 A x ia l F o r c e M e m b e r 1 5 (k N ) node 9 x- Displacement (mm)Kurva Histerisis Member 15 dan Node 9 GEMPA EL CENTRO 1940 N-S FS=1