SAMBUNGANGAN KAYU DENGAN BAUT UNTUK TEKNIK SIPIL

1. STRUKTUR KAYU I
DENGAN STANDART SNI
SAMBUNGAN PAKU dan BAUT
JURUSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2012

2. 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 bapu yang
lebih mudah diperoleh dari pada paku ulir. Paku ulir (deformed nail) memiliki
koefisien gesekan yang lebih besar dari pada kayu 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
kontruksi kayu (2002).
1. Tahanan Lateral acuan
Tahanan lateral acuan dari suatu sambungan yang menggunakan paku baja
satu irisan yang dibebani secara tegak lurus terhadap sumbu ala pengencang dan
dipasang tegak lurus sumbu komponen struktur, diambil sebagai nilai terkecil dari
nilai-nilai yang dihitung menggunakan semua persamaan pada ttabel dan
dikalikan dengan jumlah alat pengencang (nf). Untuk sambungan yang terdiri atas
tiga komponen sambungan dengan dua irisan, tahanan lateral acuan diambil
sebesar dua kali tahanan lateral acuan satu irisan yang terkecil.
Tahanan lateral acuan satu paku (z) pada sambungan dengan satu irisan yang
menyambung dua komponen.
Moda kelelehan Tahanan lateral (z)
Is
IIIm
Z =
D
ess
K
FDt3.3
Z =
( )eD
em
RK
DpFk
21
3,3 1
+
dengan
( ) ( )
( )
21
3
212
121
pF
DRF
Rk
em
eyb
e
+
+++−=

3. IIIs
IV
Z =
( )eD
ems
RK
FDtk
+2
3,3 2
dengan
( ) ( ) ( )
2
2
2
3
21212
1
sem
eyb
e
e
tF
DRF
R
R
k
+
+
+
+−=
Z =
( )e
ybem
D R
FF
K
D
+13
23,3 2
Catatan :
p = kedalaman penetrasi efektif batang alat pengencang pada komponen
pemegang (lihat gambar 20)
KD = 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
Fe = kuat tumpu kayu
= 114,45G1,84
(N/mm2
) dimana G adalah berat jenis kayu kering oven
Fyb = kuat lentur paku (lihat tabel)
Nilai kuat tumpu kayu untuk beberapa nilai berat jenis dapat dilihat pada ttabel.
Semakin besar nilai jenis suatu kayu, maka semakin besar pula nilai kuat
tumpunya. Tekuk pada paku juga disebabkan oleh tingginya nilai banding antara
panjang dan diameter paku (angka kelangsingan)sebagai cirri khas alat sambung
paku.
Tabel kuat tumpu paku (Fe) 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 Fe (N/mm2
) 21,21 26,35 31,98 38,11 44,73 51,83 59,40

4. Pengujian kuat lentur paku dilakukan dengan metode three-point bending test
seperti pada ASTM F1575-03. Kuat lentur kayu menurun dengan semakin dengan
meningkatnya diameter paku. Jenis kayu lainnya seperti paku baja (hardened steel
nails) memiliki kuat lentur yang lebih tinggi dari pada nilai di ttabel.
Dimensi paku yang meliputi diameter, panjang dan angka kelangsingan dapat
dilihat pada ttabel.
Tabel 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 mm 483 N/mm2
7,1 mm < D ≤ 8,3 mm 414 N/mm2
D > 8,3 mm 310 N/mm2
Tabel berbagai ukuran diameter dan panjang paku
Nama paku Diameter paku (mm) Panjang paku
(mm)
λ*
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
* angka kelangsingan : panjang paku dibagi diameter paku

5. 2. Geometeri sambungan kayu
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 dan kayu dan minimal 7 D untuk pelat sisi
dari baja. Pasi antar baris (b). Pada semua arah garis kerja beban lateral terhadap
arah serat kayu, spasi minimum antar baris adalah 5D.
Gambar Geometrik sambungan paku (a) sambungan horizontal, dan (b)
sambungan vertical.
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
b. untuk beban tekan lateral
10 D untuk pelat sisi dari kayu
5 D untuk pelat sisi dari baja

6. 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
3. Faktor Koreksi Sambungan Paku
1. Kedalaman penetrasi (Cd)
Gambar 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 Cd = 1,00
6D ≤ p ≤ 12D Cd= p/12D
p ≤ 6D Cd = 0,00

7. 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.
Gambar Sambungan paku pada serat ujung kayu
3. Sambungan paku miring (Ctn)
Untuk kondisi tertentu, penempatan paku pada kayu harus dilakukan secara
miring (tidak tegak lurus). Pada sambungan seperti ini, tahanan lateral acuan
harus dikalikan dengan faktor paku miring, Ctn, sebesar 0,83
Gambar Sambungan paku miring

8. 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.
4. 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 (λ) sebesar 0,8.
Gambar contoh soal 1 (tampak atas)
Penyelesaian
Dicoba paku 4”BWG8 (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 = Fes = 31 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
10 KN
10 KN
2,5/12
2,5/12
20KN
5/12

9. Moda kelelehan Is
N
xxx
K
FDt
Z
D
ess
10074
2,2
98,31252,43,33,3
===
Moda kelelehan IIIm
( ) ( )
( )
21
3
212
121
pF
DRF
Rk
em
eyb
e
+
+++−=
= ( ) ( ) ( )( ) 22,1
2798,313
2,41216202
1121 2
2
=
+
+++−
xx
xxx
Z =
( ) ( )
N
x
xxxx
RK
DpFk
eD
em
4432
1212,2
98,31272,422,13,3
21
3,3 1
=
+
=
+
Moda kelelehan IIIs
( ) ( ) ( )
2
2
2
3
21212
1
sem
eyb
e
e
tF
DRF
R
R
k
+
+
+
+−=
= ( ) ( ) ( )( ) 26,1
2598,313
2,41216202
1
112
1 2
2
=
+
+
+
+−
xx
xx
Z =
( ) ( )
N
xxxx
RK
FDtk
eD
ems
4221
122,2
98,31252,426,13,3
2
3,3 2
=
+
=
+
Moda kelelehan IV
Z =
( )e
ybem
D R
FF
K
D
+13
23,3 2
=
( )
( )
N
xxx
4302
113
62098,312
2,2
2,43,3
2
=
+

10. 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 (Cd)
P = 27 mm > 6D (6 x 4,2 = 25,2 mm)
< 12D (12 x 4,2 = 50,4 mm), maka
Cd =
2,412
27
12 xD
p
= = 0,536
Z’ = CdZ (Cdi, Ceg, dan Ctn tidak diperhitungkan)
Z’ = 0,536 x 8442
Z’ = 4525 N
Menghitung tahanan lateral ijin satu paku (Zu)
Zu = λφzZ’
Zu = 0,8 x 0,65 x 4525
Zu = 2353 N
Menghitung jumlah paku (nf)
nf = paku
Z
P
u
5,8
2353
20000
==
(dipasang sebanyak 10 paku seperti gambar di bawah)

11. Ketentuan penempayan alat sambung paku :
Spasi dalam satu barus (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 (d) : 5xD = 21 mm ≈ 30 mm

12. ANALISIS SAMBUNGAN BAUT
Alat sambung baut umumnya difungsikan untuk mendukung beban tegak lurus
sumbu panjangnya. Kekuatan sambungan baut ditentukan oleh kuat tumpu kayu,
tegangan lentur baut, dan angka kelangsingan (nilai banding antara panjang baut pada
kayu utama dengan diameter baut).
1. Tahanan Lateral Acuan
Tahanan lateral acuan (z) satu baut pada sambungan satu irisan dan dua irisan
menurut SNI-5 (2002) dapat dilihat pada tabel.
Tabel tahanan lateral acuan satu baut (z) pada sambuangan dengan satu irisan
yang menyambung dua komponen
Moda kelelehan Tahanan lateral (z)
Im
Is
II
IIIm
IIIs
IV
θK
FDt
Z emm83,0
=
θK
FDt
Z ess83,0
=
θK
FDtk
Z ess193,0
=
( ) θKR
FDtk
Z
e
emm
21
04,1 2
+
=
( ) θKR
FDtk
Z
e
ems
+
=
2
04,1 3
( )e
ybem
R
FF
K
D
Z
+





=
13
204,1 2
θ

13. ( ) ( )
( )e
teetttee
R
RRRRRRRR
k
+
+−++++
=
1
112 3222
1
( ) ( )
( )
2
2
2
3
212
121
mem
eyb
e
tF
DRF
Rk
+
+++−=
( ) ( ) ( )
2
2
3
3
2212
1
sem
eyb
e
e
tF
DRF
R
R
k
+
+
+
+−=
Ttabel Tahanan lateral acuan satu baut (z) pada sambungan dua irisan yang
menyambung tiga komponen.
Moda kelelehan Tahanan lateral (z)
Im
Is
III
IV
θK
FDt
Z emm83,0
=
θK
FDt
Z ess66,1
=
( ) θKR
FDtk
Z
e
ems
+
=
2
08,2 4
( )e
ybem
R
FF
K
D
Z
+





=
13
208,2 2
θ
( ) ( ) ( )
2
2
4
3
212
1
sem
eyb
e
e
tF
DRF
R
R
k
+
+
+
+−=
Catatan :
Rt = tm/ts
Re = Fem/Fes
Kθ = 1 + (θ/360o
)

14. Fem dan Fes adalah kuat tumpu (N/mm2
) kayu utama dan kayu samping. Untuk
sudut sejajar dan tegak lurus serat, nilai kuat tumpu kayu adalah : Fell = 77,25G
dan Fe⊥ = 212G1,45
D-0,5
. Sedangkan untuk kuat tumpu kayu dengan sudut
terhadap serat (Feθ) dapat diperoleh dengan persamaan Hankinson.
θθ
θ 22
cossin ⊥
⊥
+
=
eell
eell
e
FF
FF
F
Kuat tumpu kayu untuk beberapa macam diameter baut dan berat jenis
kayu dapat dilihat pada ttabel. Tm dan ts adalah tebal kayu utama dan kayu
sekunder (samping). Adalah sudut terbesar dari arah gaya terhadap serat kayu. G
dan D berturut-turut adalah berat jenis kayu dan diameter baut. Sedangkan Fyb
adalah tahanan lentur baut.
National Design and Specification (NDS) US untuk konstruksi kayu
(2001) mendefinisikan kuat lentur baut sebagai titik perpotongan pada kurva
beban lendutan dari pengujian lentur baut dengan garis offset pada lendutan 0,05
D (D adalah diameter baut). Selain metoda diatas, NDS juga mengusulkan
metoda lain untuk menghitung kuat lentur baut yaitu nilai rerata antara tegangan
leleh dan tegangan tarik ultimit pada pengujian tarik baut. Dari metode kedua,
kuat lentur baut umumnya sebesar 320 N/mm2.
2. Geometrik Sambungan Baut
Jarak antara alat sambung baut harus direncanakan agar masing-masing
alat sambung dapat mencapai tahanan lateral ultimitnya sebelum kayu pecah.
Jarak antar alat sambung pada gambar dapat dilihat pada ttabel. Apabila jarak
antar alat sambung kurang dari yang disyaratkan pada ttabel, maka tahanan lateral
alat sambung harus direduksi.

15. Gambar Geometrik sambungan baut : (A) sambungan horizontal dan (B)
sambungan vertical.
Tabel Jarak, jarak ujung dan persyaratan spasi untuk sambungan baut
.
Beban sejajar arah serat Ketentuan dimensi minimum
1. Jarak tepi (bopt)
lm/D ? 6 (lihat catatan 1)
lm/D > 6 1,5D
Yang terbesar dari 1,5D atau ½ jarak antar
baris alat pengencang tegak lurus
Serat

16. 2. Jarak ujung (aopt)
Komponen tarik
Komponen tekan
3. Spasi (Sopt)
Spasi dalam baris alat pengencang
4. jarak antar baris alat pengencang
7D
4D
4D
1,5D < 127 mm (lihat catatan 2 dan 3)
Beban tegak lurus arah serat Ketentuan dimensi minimum
1. Jarak tepi (bopt)
Tepi yang dibebani
Tepi yang tidak dibebani
2. Jarak ujung (Aopt)
3. Spasi (Sopt)
4. Jarak antar baris alat pengencang
5. lm/D ? 2
6. 2 < lm/D < 6
7. lm/D ? 6
4D
1,5D
4D
Lihat catatan 3
2,5D (lihat catatan 3)
(5 lm/+10D)/8 (lihat catatan3)
5D (lihat catatan 3)
3. Faktor Koreksi Sambungan Baut
1. Faktor Aksi kelompok
Bila suatu sambungan terdiri dari satu baris alat pengencang atau lebih dengan
alat pengencang baut, ada kecenderungan masing-masing baut mendukung
beban lateral yang tidak sama yang disebabkan oleh :
a. jarak antar alat sambung baut yang kurang panjang sehingga
menyebabkan kuat tumpu kayu tidak terjadi secara maksimal.
b. Terjadinya distribusi gaya yang tidak merata (non-uniform load
distribution) antar alat sambung baut.

17. Nilai faktor aksi kelompok diperoleh dari persamaan di bawah ini, dimana
nf adalah jumlah total alat pengencang dalam sambunga, nr adalah jumlah
baris alat pengencang dalam sambungan, a , adalah jumlah alat
pengencang efektif pada baris alat pengencang I yang bervariasi dari 1
hingga ni, dan ni adalah jumlah alat pengencang dengan spasi yang
seragam pada baris ke i.
∑=
=
nr
i
g ai
nf
C
1
1
( )
( )( ) 





−
+






+−++
−
=
m
R
mmmR
mm
a EA
nini
EA
ni
i
1
1
111
1
2
2
( ) ( ) 





++=−−=
sEAEA
s
uuum
m
11
2
112
γ
γ adalah modulus beban atau modulus gelincir untuk satu alat pengencang.
Nilai γ untuk alat sambung baut diambil sebesar 0,246D1,5
kN/mm. s
adalah spasi dalam baris alat pengencang, jarak pusat ke pusat antar alat
pengencang di dalam satu baris.
4. Contoh Analisis Sambungan Baut
Contoh 1
Sebuah sambungan perpanjangan seperti gambar di bawah tersusun dari kayu
dengan berat jenis 0,8. Apabila diameter baut adalah 12,7 mm, berapakah
besarnya tahanan lateral acuan sambungan (Zu). Gunakan faktor waktu λ = 0,8
Gambar contoh 1

18. Menghitung tahanan lateral acuan satu baut
Data sambungan :
Diameter baut (D) = 12,7 mm
Sudut sambungan (θ) = 0o
(sambungan perpanjangan)
Tebal kayu sekunder (ts) = 40 mm
Tebal kayu utama (tm) = 80 mm
Tahanan lentur baut (Fyb) = 320 N/mm2
Kuat tumpu kayu sekunder dan kayu utama dengan nilai berat jenis 0,8 dapat
dilihat pada ttabel :
Fes// = Fem// = 61,8 N/mm2
, sehingga 0,1
8,61
8,61
===
es
em
e
F
F
R
Tahanan lateral acuan (Z)
Moda kelelehan Im
( )
N
xxx
K
FDt
Z emm
52115
360/01
8,61807,1283,083,0
=
+
==
θ
Moda kelelehan Is
( )
N
xxx
K
FDt
Z ess
52115
360/01
8,61407,1266,166,1
=
+
==
θ
Moda kelelehan IIIs
( ) ( ) ( )
2
2
4
3
212
1
sem
eyb
e
e
tF
DRF
R
R
k
+
+
+
+−=
( ) ( ) ( )( )
2
2
4
408,613
7,1212320
1
112
1
xx
k
+
+
+
+−= =1,25
( ) θKR
FDtk
Z
e
ems
+
=
2
08,2 4
=
( ) ( )( )
N
xxxx
27119
360/0112
8,61407,1225,108,2
=
++

19. Moda kelelehan IV
( ) ( )( ) ( )
N
xxx
R
FF
K
D
Z
e
ybem
27238
113
3208,612
360/01
7,1208,2
13
208,2 22
=
+





+
=
+





=
θ
Tahanan lateral acuan (N) Moda kelelehan
52115 Im
52115 Is
27119 IIIs
27238 IV
Menghitung nilai koreksi
• Faktor aksi kelompok (Cg)
Menurut NDS dari U.S
As / Am = 0,5
As = 40 x 120 = 4800 mm2
≈ 7,44 in2
Interpolasi nilai Cg untuk As = 7,44 in2
As = 5 in2
Cg = 0,84
As = 12 in2
Cg = 0,92
As = 7,44 in2
Cg = 0,84+
512
544,7
−
−
(0,92-0,84) = 0,867
Nilai koreksi eometric (C∆)
a. Jarak ujung
Jarak ujung pada gambar (a) = 100 mm
Jarak ujung optimum (a opt) = 7D = 88,9 mm
Karena a>a opt, maka C∆ = 1,00

20. b. Spasi dalam baris alat pengencang (s)
S pada gambar = 60 mm
S opt = 50,8 mm
Karena S>S opt , maka C∆ = 1,00
Menentukan tahanan lateral acuan ijin sambungan (Zu)
Zu ≤ φzλCgC∆nfZ
Zu ≤ 0,65 x 0,8 x 0,867 x 1,00 x 8 x 27119
Zu = 97810 N ≈ 97,8 kN