ANALISIS SAMBUNGAN PAKU

(1)

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

(2)

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 es s

K

F

Dt

,

Z



3

IIIm





e D em

R

K

DpF

k

,

Z

2

1

3

₁





dengan:

 







₂



2 1

3

2

1

2

1

2

1 p

F

D

R

F

R

k

em e yb e







IIIs





e D em s

R

K

F

Dt

k

,

Z





2

3

₂ dengan:

 







₂



2 2

3

2

1

2

1

2

1

s em e yb e e

t

F

D

R

F

R

k







IV



e



yb em D

R

F

K

D

,

Z





1

3

2

3

2 Catatan:

p

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

D

K

= 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 e

R

=

F

_em

/

F

_es

(3)

e

F

= kuat tumpu kayu

= 114,45G1,84 _(N/mm2_{) dimana G adalah berat jenis kayu kering}

oven

yb

F

= 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

 

F

_e 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

F

_e(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

(4)

(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

(5)

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

w

Z

= 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 Ta h a na n c a b u t ( N ) Slip Douglas fir Tsugi

(6)

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 a d e c e (a) (b)

(7)

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

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

p

(b)

p

(a)

p

v4D

(8)

Tahanan lateral acuan dikalikan dengan faktor kedalaman penetrasi (p), sebagaimana dinyatakan berikut ini.

Untuk: p ≥ 12D, maka

C

_d= 1,00 6D ≤ p ≤ 12D,

C

_d= p/12D

p ≤ 6D,

C

_d= 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.

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.

Paku Paku

(9)

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.

Paku miring Kayu samping

(10)

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 (

F

_yb) = 620 N/mm2

Kuat samping dan kayu utama dianggap memiliki berat jenis yang sama yaitu 0,5, maka

F

_es=

F

_em= 31,98 N/mm2_dan

00 ,

1 

e

R

.

Tebal kayu samping (

t

_s) = 25 mm

Penetrasi pada komponen pemegang (

p

)

p

= 102 mm – 25 mm – 50 mm = 27 mm

D

K

= 2,2 (untuk paku dengan diameter < 4,3 mm) Tahanan lateral acuan (

Z

) satu irisan

Moda kelelehan

I

_s D es s

K

F

Dt

,

Z



3

=

2 ,

2

98 ,

31

25

2 ,

4

3 ,

3 x

x

_{= 10074 N} 5/12 2,5/12 2,5/12 20 kN 10 kN 10 kN

(11)

Moda kelelehan

III

_m

 







₂



2 1

3

2

1

2

1

2

1 p

F

D

R

F

R

k

em e yb e







=

 



 

₂ 2

27

98 ,

31

3

2 ,

4

1

2

1

620

2

1

2

1 x

x





= 1,22



e



D em

R

K

DpF

k

,

Z

2

1

3

₁





=



1

2

1 

2 ,

2

98 ,

31

27

2 ,

4

22 ,

1

3 ,

3 x

x



= 4432 N

Moda kelelehan

III

_s

 







₂



2 2

3

2

1

2

1

2

1

s em e yb e e

t

F

D

R

F

R

k







=

 



 

₂ 2

25

98 ,

31

3

2 ,

4

1

2

1

620

2

1

2

1 x

x





= 1,26



_e



D em s

R

K

F

Dt

k

,

Z





2

3

₂ =



2

1 

2 ,

2

98 ,

31

25

2 ,

4

26 ,

1

3 ,

3 

x

= 4221 N Moda kelelehan

IV



em _eyb



D

R

F

K

D

,

Z





1

3

2

3

2 =

 

1

3

620

98 ,

31

2

2 ,

2

2 ,

4

3 ,

3

2



x

= 4302 N

(12)

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 (

C

_d)

p

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

C

=

D

p

12

=

12

4 ,

2

27 x

= 0,536

Z

C

Z

'



_d (

C

_di,

C

_eg, dan

C

_tn tidak diperhitungkan)

8442

536 ,

0 '

x

Z



'

Z

= 4525 N

Menghitung tahanan lateral ijin satu paku (

Z

_u)

'

Z

_u





_z

4525

65 ,

0

8 ,

0 x

x

Z

_u



u

Z

= 2353 N

(13)

Menghitung jumlah paku (

n

_f ) f

n

= u

Z

P

=

2353

20000

= 8,5 paku

(dipasang sebanyak 10 paku seperti gambar di bawah)

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

= 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

_5/12 _3/12 3x5 4x3 7 7 Satuan dalam cm

(14)

Penyelesaian

Menghitung tahanan lateral acuan satu baut

 

Z

Paku CN75 memiliki diameter 3,4 mm dan panjang 76 mm Kuat lentur paku

 

F

_yb = 689 N/mm2

Kuat tumpu kayu;

F

_es



F

_em= 38,11 N/mm2_dan

00 ,

1 

e

R

Tebal kayu penyambung (tebal kayu terkecil) = 30 mm Kedalaman penetrasi

 

p

= 76 mm - 30 mm = 46 mm

D

K

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

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)



C

d



1 ,

00 Z

C

Z

'



_d

1622

00 ,

1 '



x



Z

N

(15)

Menghitung gaya tarik maksimum sambungan

 

P

'

Z

n

P



_f



_z

1622

65 ,

0

00 ,

1

12 x

x

P



12651



P

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

(16)

Penyelesaian

 

Z

satu irisan

Paku CN65 memiliki diameter = 3,1 mm dan panjang = 63 mm Kuat lentur paku

 

2

/

689 N

mm

F

_yb



Kuat tumpu kayu;

F

_es



F

_em = 44,73 N/mm2_dan

_

₁

_,

₀₀

e

R

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)

D

K

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

 

Z

'

Nilai koreksi penetrasi

 

C

_d

p

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

(17)

d

C

=

D

p

12

=

37 ,

2

33

= 0,89 maka

0 ,

89

2 ,

37 33 



d

C

2599

2921

89 ,

0 '



C

Z



x

N



Z

d N

Menghitung gaya tarik maksimum sambungan

 

P

'

Z

n

P



f



z

2599

65 ,

0

8 ,

0

9 x

x

P



 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

(18)

Penyelesaian

 

Z

satu irisan

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

 

2

/

689 N

mm

F

_yb



Kuat tumpu kayu; 2

/

98 ,

31 N

mm

F

_es



_em



dan

R

_e



1 ,

00

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) D

K

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  

Z

'

2466

00 ,

1 '



C

Z



x



Z

d N

(19)

Menghitung jumlah paku

5 ,

12 2466

65 ,

0

00 ,

1 20000

'



x

Z

P

n

z f

_

 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

(20)

Penyelesaian

 

Z

satu irisan

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

 

F

_yb = 689 N/mm2

Kuat tumpu kayu untuk berat jenis 0,5:

es

F

=

F

_em= 31,98 N/mm2_,

00 ,

1 

e

R

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)

D

K

1305 IIIm

1266 IIIs

1008 IV

Z

= 2 x 1008 N = 2016 N

Menghitung nilai koreksi penetrasi (

C

_d)

P = 26 mm > 6D (6x2,8 = 16,8 mm) < 12D (12x2,8 = 33,6 mm)

(21)

6 ,

33

26

12 



D

p

C

d = 0,77

Tahanan lateral terkoreksi (

Z

'

)

'

Z

=

C

_d

Z

= 0,77 x 2016 = 1552 N

Menghitung jumlah paku

 

n

_f

1552

65 ,

0

00 ,

1 20000

'

x

Z

P

n

z f



_



= 19,8  20 paku 40/150 2x25/150 45 4x25 30 20 5xa a = (150/cos45o)/5 Satuan dalam mm