ANALISIS SAMBUNGAN PAKU

ANALISIS

SAMBUNGAN PAKU

Pendahuluan

• Desain struktur bangunan gedung kayu terhadap beban lateral (gempa) sangat penting mengingat sebagian besar wilayah Indonesia termasuk dalam kategori intesitas gempa moderat hingga berat (BSN, 2012)

• Perlu kajian perilaku sambungan pada elemen struktur

bangunan kayu utamanya hubungan join antara balok dengan kolom yang berfungsi menahan momen dan sambungan

antar batang yang menahan beban lateral atau sambungan yang berfungsi menyalurkan gaya dalam batang tarik.

• Terdapat pula jenis sambungan yang menahan beban cabut.

• Dengan memahani perilaku sambungan tsb dapat diprediksi kekuatan struktur bangunan termasuk kapasitas beban batas proporsional yg dapat ditahan dan tingkat daktilitas

sambungannya.

• Informasi tsb bermanfaat dalam desain sambungan kayu

seperti perhitungan tahanan lateral (Z) sesuai SNI 7973:2013

Ciri-ciri alat sambung yang baik:

• Pengurangan luas tampang relatif kecil atau bahkan nol.

• Memiliki nilai banding antara kuat dukung sambungan dengan kuat ultimit batang yang disambung yang tinggi.

• Menunjukkan perilaku pelelehan sebelum mencapai keruntuhan (daktail)

• Memiliki angka penyebaran panas rendah

• Murah dan mudah dalam pemasangan

• Paku

Sering dijumpai pada struktur dinding, lantai, dan rangka.

Umumnya diameter paku berkisar antara 2,75 mm sampai 8 mm dan panjangnya antara 40 mm sampai 200 mm.

Agar terhindar dari pecahnya kayu, pemasangan paku dapat didahului dengan lubang penuntun yang berdiameter 0,9D untuk kayu dengan BJ >

0,6 dan diameter 0,75D untuk kayu dengan BJ < 0,6 (D = diameter paku).

Tipe Paku

Jenis-jenis sambungan:

Menurut jumlah batang yang disambung

^:

qSambungan satu irisan, dua irisan, dst.

P

P/2

P

P/2

P

Satu irisan Dua irisan

Menurut sifat gaya yang bekerja:

q sambungan desak, tarik, dan momen

I. Tahanan Lateral Acuan

• Sambungan satu irisan dan dibebani tegak lurus sumbu alat pengencang dan dipasang tegak lurus sumbu komponen struktur diambil sebagai nilai terkecil dari persamaan yang dihitung sesuai Tabel 1 dan dikalikan dengan jumlah alat pengencang (n_f).

• Sambungan dua irisan, diambil sebesar dua kali tahanan lateral acuan satu irisan terkecil.

• Nilai kuat tumpu kayu untuk beberapa nilai berat jenis dpt dilihat pd Tabel 2.

• Kuat lentur paku bulat dpt dilihat pd Tabel 3 (ASCE, 1997).

• Dimensi paku yg meliputi diameter, panjang, dan angka kelangsingan, dpt dilihat pd Tabel 4.

paku

Nilai Desain Acuan

Tabel 2. Kuat tumpu paku untuk berbagai 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

Tabel 3. Kuat lentur paku untuk berbagai diameter paku bulat

Diameter paku

Kuat lentur paku F_yb

(N/mm²)

≤ 3,6 mm 689

3,6 mm < D ≤ 4,7 mm 620 4,7 mm < D ≤ 5,9 mm 552 5,9 mm < D ≤ 7,1 mm 483 7,1 mm < D ≤ 8,3 mm 414

D > 8,3 mm 310

Tabel 4. Berbagai ukuran diameter dan panjang paku

Nama paku Diameter Panjang λ

(mm) (mm)

2"BWG12 2,8 51 18

2,5"BWG11 3,1 63 20

3"BWG10 3,4 76 22

3,5"BWG9 3,8 89 23

4"BWG8 4,2 102 24

4,5"BWG6 5,2 114 22

Kuat Lentur Paku (F yb )

Jenis dan Ukuran Paku

II. Geometrik Sambungan Paku

Spasi dlm satu baris (a).

Pd semua arah garis kerja gaya thd arah serat kayu: spasi minimum antar alat pengencang dlm satu baris diambil sebear 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 gaya thd arah serat kayu, spasi minimum antar baris adalah 5 D.

Jarak ujung (c).

Jarak minimum dr ujung komponen str ke pusat alat pengencang terdekat diambil sbb:

a. untuk beban tarik lateral: b. untuk beban tekan lateral:

- 15 D : pelat sisi dari kayu - 10 D : pelat sisi dari kayu - 10 D : pelat sisi dari baja - 5 D : pelat sisi dari baja

Jarak tepi (jarak tepi dg beban, d, dan jarak tepi tanpa beban, e).

Jarak minimum dari tepi komponen str ke pusat alat pengencang terdekat diambil sbb:

- 5 D pada tepi yg tidak dibebani - 10 D pada tepi yg dibebani

Faktor Geometri (C Δ )

III. Faktor Koreksi Sambungan Paku

1. Kedalaman penetrasi (C_d).

Tahanan lateral acuan dikali- kan dg faktor kedalaman

penetrasi (p), sbb:

p ≥ 12D, C_d = 1,00 6D ≤ p ≤ 12D, C_d= p/12D p ≤ 6D, C_d = 0,00

Faktor Layan Basah (C

^M

) dan Temperatur (C t )

Faktor Aksi Kelompok (C g )

2. Serat ujung (C_eg).

Tahanan lateral acuan harus

dikalikan dengan faktor serat ujung C_eg = 0,67, untuk alat pengencang yg ditanam ke dalam serat ujung kayu.

3. Sambungan paku miring (C_tn).

Pada sambungan spt ini, tahanan lateral acuan hrs dikalikan dg faktor paku miring C_tn = 0,83.

Faktor serat ujung (C eg ) dan paku miring (C tn )

Faktor Konversi format (K

^F

)

Faktor Efek Waktu (λ)

Tabel 1. Tahanan lateral acuan satu paku (Z) pada sambungan dengan satu irisan yang menyambung dua komponen

D es s

K F Dt Z 3,3

=

) 2 1 ( 3 3 ₁

e D

em

R K

DpF k Z ,

= +

( ) ( ) ( )

2 2

1 3

2 1 1 2

2

1 F p

D R R F

k

em e yb

e

+ + + + -

=

) (2 3 3 ₂

e D

em s

R K

F Dt k Z ,

= +

( ) ( ) ( )

2 2

2 3

2 1 1 2

1 2

s em

e yb

e e

t F

D R F

R

k R +

+ + +

-

=

) 1 ( 3 3 2

3 ²

e yb em

D R

F F K

D Z ,

= +

dengan:

dengan:

Moda

Kelelehan Persamaan yang berlaku

I_s

III_m

III_s

IV

Catatan:

Re = Fem/Fes

p = kedalaman penetrasi efektif batang alat pengencang pada komponen pemegang,

KD = 2,2 untuk D £ 4,3 mm,

= 0,38 D + 0,56 untuk 4,3 mm < D < 6,4 mm,

= 3,0 untuk D ³ 6,4 mm.

Moda Leleh Sambungan

4. Sambungan diafragma (C_di).

Faktor koreksi ini hanya berlaku untuk sambungan rangka kayu dg plywood spt pd str diafragma atau shear wall. Nilai faktor koreksi ini umumnya lebih besar dari 1,00.

Contoh soal 1.

Rencanakan sambungan perpanjangan (lihat Gambar) dg menggunakan alat sambung paku. Kayu penyusun sambungan memiliki berat jenis 0,5.

Asumsikan nilai (λ) = 0,8.

Penyelesaian :

Dicoba paku 4’’BWG8 (diameter 4,2 mm dan panjang 102 mm).

Menghit tahanan lateral acuan satu paku (Z).

Diameter paku (D) = 4,2 mm

Kuat lentur paku (F_yb) = 620 N/mm²

Kuat kayu samping dan utama dianggap memiliki berat jenis yg sama, maka F_es = F_em = 31,98 N/mm² dan R_e = 1,00.

Tebal kayu samping (t_s) = 25 mm

Penetrasi pd komponen pemegang (p) = 102 – 25 – 50 = 27 mm K_D = 2,2 (untuk paku dg diameter < 4,3 mm)

Moda kelelehan I_s .

N 10074 2

, 2

98 , 31 25

2 , 4 3 , 3 3

,

3 = =

= x x x

K F Z Dt

D es s

Moda kelelehan III_m

Moda kelelehan III_s

( ) ( )

( ) ( ) ( )( )

(

^{1 2}

)

^{3,3 1,222,2}

(

^41,22271

)

^{31,98 4432 N}

3 , 3

22 , 27 1

98 , 31 3

2 , 4 1 2 1 620 1 2

1 2 1

3

) 2 1 ( 1 2

2 1

1

2

2 2

2 1

+ = + =

=

+ = +

+ +

-

=

+ + +

+ -

=

x x x x

x R

K

DpF Z k

x x

x x

x

p F

D R R F

k

e D

em

em e yb

e

( ) ( )

( ) ( ) ( )( )

(

²

)

^{3,3 1,262,24}

(

^{,22 251}

)

^{31,98 4221N}

3 , 3

26 , 25 1

98 , 31 3

2 , 4 1 2 1 620 2

1 1 1 1 2

3

) 2 1 ( 1 2

1 2

2

2

2 2

2 2

+ = + =

=

+ = + +

+ -

=

+ + + +

-

=

x x x

x R

K

F Dt Z k

x x

x x

x

t F

D R F

R k R

e D

em s

s em

e yb

e e

Moda kelelehan IV

Jadi tahanan lateral acuan terkecil : III_s = 4221 N

Tahanan lateral acuan untuk dua irisan, Z = 2 x 4221 = 8442 N

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:

C_d = p/12D = 27/50,4 = 0,536

Z’ = C_d.Z (C_di , C_eg , dan C_tn tdk diperhitungkan)

= 0,536 x 8442 = 4525 N

(

¹

)

^{3,3 2(,42,2) 2 313}

(

^,1981

)

^{620 4302 N}

3 3 2

,

3 ^{2 2}

+ = + =

= x x x

R F F K

Z D

e yb em D

Tahanan lateral ijin satu paku (Z_u).

Z_u = λ.Ф_z.Z’ = 0,8 x 0,65 x 4525 = 2353 N Menghit jumlah paku (n_f).

(dipasang 10 bh paku spt Gambar)

Ketentuan penempatan paku:

- spasi dlm 1 baris (a) : 10D = 42 mm ~ 50 mm - jarak antar baris (b) : 5D = 21 mm ~ 30 mm - jarak ujung (c) : 15D = 63 mm ~ 75 mm - jarak tepi tdk dibebani (e): 5D = 21 mm ~ 30 mm

bh 5 , 2353 8

20000

=

=

=

u

f Z

n P

Tabel 2. Kuat tumpu paku untuk berbagai 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

Tabel 3. Kuat lentur paku untuk berbagai diameter paku bulat

Diameter paku

Kuat lentur paku F_yb

(N/mm²)

≤ 3,6 mm 689

3,6 mm < D ≤ 4,7 mm 620 4,7 mm < D ≤ 5,9 mm 552 5,9 mm < D ≤ 7,1 mm 483 7,1 mm < D ≤ 8,3 mm 414

D > 8,3 mm 310

Tabel 4. Berbagai ukuran diameter dan panjang paku

Nama paku Diameter Panjang λ

(mm) (mm)

2"BWG12 2,8 51 18

2,5"BWG11 3,1 63 20

3"BWG10 3,4 76 22

3,5"BWG9 3,8 89 23

4"BWG8 4,2 102 24

4,5"BWG6 5,2 114 22

Contoh soal 2.

Hitunglah gaya tarik P_maksyg dijinkan dari sambungan satu irisan spt gambar. Paku yg digunakan 3”BWG10, berat jenis kayu 0,55 dan faktor waktu (λ) = 1,00.

Penyelesaian:

Tahanan lateral acuan satu paku (Z).

Paku 3”BWG10, 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 R_e = 1,00 Tebal kayu penyambung (tebal kayu terkecil) = 30 mm Kedalaman penetrasi (p) = 76 – 30 = 46 mm

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

Tahanan lateral acuan (N) Moda Kelelehan

5831 I_s

3126 III_m

2163 III_s

1622 IV

Tahanan lateral acuan terkoreksi (Z’).

Nilai koreksi penetrasi (C_d)

p = 46 mm > 12 D (12 x 3,4 = 40,8 mm) , jadi C_d = 1,00 Z’ = C_d. Z = 1,00 x 1622 = 1622 N

Gaya tarik maks sambungan (P).

P ≤ n_f.λ.Ф_z.Z

≤ 12 x 1,00 x 0,65 x 1622 = 12651 N Jadi gaya tarik maks adalah 12,651 kN

Contoh soal 3.

Hitunglah besarnya gaya tarik P dari sambungan buhul spt gambar yg tersusun dari kayu dg berat jenis 0,6 dan paku 2,5”BWG11.

Asumsikan nilai faktor waktu (λ) = 0,80.

Penyelesaian:

Tahanan lateral acuan satu baut (Z) satu irisan.

Paku 2,5”BWG11, diameter 3,1 mm dan panjang 63 mm Kuat lentur paku (F_yb) = 689 N/mm²

Kuat tumpu kayu F_es = F_em = 44,73 N/mm² dan R_e = 1,00 Tebal kayu samping (t_s) = 30 mm

Kedalaman penetrasi (p) = 63 – 30 = 33 mm Kontrol overlapping (v)

v = 2 x (p – 0,5t_m) = 2 x (33 – 25) = 16 mm > 4D (4 x 3,1 = 12,4 mm) K_D = 2,2 (diameter paku < 4,3 mm)

Karena penempatan paku pada 2 sisi, maka tahanan lateral acuan:

Z = 2 x 1461 = 2921 N Tahanan lateral

acuan (N)

Moda Kelelehan

6240 I_s

2441 III_m

2248 III_s

1461 IV

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:

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

Z’ = C_d.Z = 0,89 x 2921 = 2599 N.

Gaya tarik maks sambungan (P).

P ≤ n_f.λ.Ф_z.Z

≤ 9 x 0,8 x 0,65 x 2599 = 12163 N Jadi gaya tarik maks adalah 12,16 kN

Tugas Sambungan Paku

Terimakasih