TEKNIK STRUKTUR BANGUNAN DENGAN KONSTRUKSI KAYU 12.2
8.1. Sifat Kayu sebagai Material Konstruksi
Kayu merupakan bahan produk alam, hutan. Kayu merupakan bahan bangunan yang banyak disukai orang atas pertimbangan tampilan maupun kekuatan. Dari aspek kekuatan, kayu cukup kuat dan kaku walaupun bahan kayu tidak sepadat bahan baja atau beton. Kayu mudah dikerjakan – disambung dengan alat relatif sederhana. Bahan kayu merupakan bahan yang dapat didaur ulang. Karena dari bahan alami, kayu merupakan bahan bangunan ramah lingkungan.
Karena berasal dari alam kita tak dapat mengontrol kualitas bahan kayu. Sering kita jumpai cacat produk kayu gergajian baik yang disebabkan proses tumbuh maupun kesalahan akibat olah dari produk kayu. Dibanding dengan bahan beton dan baja, kayu memiliki kekurangan terkait dengan ketahanan-keawetan. Kayu dapat membusuk karena jamur dan kandungan air yang berlebihan, lapuk karena serangan hama dan kayu lebih mudah terbakar jika tersulut api.
Kayu merupakan bahan yang dapat menyerap air disekitarnya (hygroscopic), dan dapat mengembang dan menyusut sesuai kandungan air tersebut. Karenanya, kadar air kayu merupakan salah satu syarat kualitas produk kayu gergajian. Jika dimaksudkan menerima beban, kayu memiliki karakter kekuatan yang berbeda dari bahan baja maupun beton terkait dengan arah beban dan pengaruh kimiawi. Karena struktur serat kayu memiliki nilai kekuatan yang berbeda saat menerima beban. Kayu memiliki kekuatan lebih besar saat menerima gaya sejajar dengan serat kayu dan lemah saat menerima beban tegak lurus arah serat kayu. Ilustrasi kekuatan serat kayu dalam menerima beban dapat ditunjukkan pada Gambar 8.1.
8.1.1. Penebangan, Penggergajian dan Pengawetan
Produksi kayu gergajian (lumber), batang kayu segi empat panjang (balok) yang dipakai untuk konstruksi dimulai dari penebangan pohon di hutan alam dan hutan tanaman industri. Kayu gelondongan (log) hasil tebang diangkut ke pabrik penggergajian. Untuk menghasilkan produk kayu gergajian yang baik dan efisien terdapat teknologi penggergajian yang harus diketahui dalam kaitannya dengan penyusutan kayu saat pengeringan. Terdapat 3 metoda penggergajian, lurus (plain sawing), perempat bagian (quarter sawing) dan penggergajian tipikal (typical sawing).
Sesuai proses pertumbuhan kayu, kayu bagian dalam merupakan kayu yang lebih dulu terbentuk dari kayu bagian luar. Karenanya kayu bagian dalam mengalami susut lebih kecil dari kayu luar. Tanpa memperhitungkan susut tersebut, hasil gergajian akan menghasilkan bentuk kurang berkualitas.
8.1.2. Pengeringan Kayu
Kayu baru tebang memiliki kadar air yang tinggi, 200% - 300%. Setelah ditebang kandungan air tersebut berangsur berkurang karena menguap. Mulanya air bebas atau air di luar serat (free water) yang menguap. Penguapan ini masih menyisakan 25% - 35% kandungan air. Selanjutnya penguapan air dalam serat (bound water). Kayu dapat di keringkan melalui udara alam bebas selama beberapa bulan atau dengan menggunakan dapur pengering (kiln). Kayu dapat dikeringkan ke kadar sesuai permintaan. Kadar air kayu untuk kuda - kuda biasanya harus kurang dari atau sama dengan 19 persen. Kadang diminta kadar air kayu hingga 15% (MC 15). Namun karena kayu bersifat higroskopis, pengaruh kelembaban udara sekitar kayu akan mempengaruhi kadar air kayu yang akan mempengaruhi kembang susut kayu dan kekuatannya.
8.1.3. Pengawetan Kayu
Proses ideal olah produk kayu selanjutnya adalah pengawetan. Pengawetan dapat dilakukan dengan cara merendam atau mencuci dengan maksud membersihkan zat makanan dalam kayu agar tidak diserang hama. Sedangkan cara lain adalah dengan pemberian bahan kimia melalui perendaman dan cara coating atau pengecatan.
8.1.4. Cacat Kayu
Pada sebuah batang kayu, terdapat ketidak teraturan struktur serat yang disebabkan karakter tumbuh kayu atau kesalahan proses produksi. Ketidak teraturan atau cacat yang umum adalah mata kayu, yang merupakan sambungan cabang pada batang utama kayu. Mata kayu ini kadang berbentuk lubang karena cabang tersambung busuk atau lapuk atau diserang hama atau serangga. Cacat ini sudah tentu mengurangi kekuatan kayu dalam menerima beban konstruksi.
Cacat akibat proses produksi umumnya disebabkan oleh kesalahan penggergajian dan proses pengeringan penyusutan. Cacat ini dapat berupa retak, crooking, bowing, twisting (baling), cupping dan wane (tepian batang bulat) karena penggergajian yang terlalu dekat dengan lingkaran luar kayu.
8.2. Penggolongan Produk Kayu di Pasaran
Saat ini produk kayu sangat beragam. Produk kayu solid/asli umumnya berupa kayu gergajian baik berupa balok maupun papan. Sedangkan produk kayu buatan dapat merupa vinir (veneer), papan lapis, triplek/plywood/multiplek dan bahkan kayu laminasi (glue laminated timber).
8.2.1. Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia
Secara singkat peraturan ini dimaksudkan untuk memberikan acuan baku terkait dengan aturan umum, aturan pemeriksaan dan mutu, aturan perhitungan, sambungan dan alat sambung konstruksi kayu hingga tahap pendirian bangunan dan persyaratannya. Pada buku tersebut juga telah dicantumkan jenis dan nama kayu Indonesia, indeks sifat kayu dan klasifikasinya, kekuatan dan keawetannya.
8.2.2. Klasifikasi Produk Kayu
Penggolongan kayu dapat ditinjau dari aspek fisik, mekanik dan keawetan. Secara fisik terdapat klasifikasi kayu lunak dan kayu keras. Kayu keras biasanya memiliki berat satuan (berat jenis) lebih tinggi dari kayu lunak. Klasifikasi fisik lain adalah terkait dengan kelurusan dan mutu muka kayu. Terdapat mutu kayu di perdagangan A, B dan C yang merupakan penggolongan kayu secara visual terkait dengan kualitas muka (cacat atau tidak) arah - pola serat dan kelurusan batang. Kadang klasifikasi ini menerangkan kadar air dari produk kayu.
- Besar mata kayu maksimum 1/6 lebar kecil tampang / 3,5 cm
- Tak boleh mengandung kayu gubal lebih dari 1/10 tinggi balok
- Miring arah serat maksimum adalah 1/7
- Retak arah radial maksimum 1/3 tebal dan arah lingkaran tumbuh 1/4 tebal kayu
- Kayu mutu kering udara 15% - 30%
- Besar mata kayu maksimum 1/4 lebar kecil tampang / 5 cm
- Tak boleh mengandung kayu gubal lebih dari 1/10 tinggi balok
- Miring arah serat maksimum adalah 1/10
- Retak arah radial maksimum ¼ tebal dan arah lingkaran tumbuh 1/5 tebal kayu
- Konsekuensi dari kelas visual B harus memperhitungkan reduksi kekuatan dari mutu A dengan faktor pengali sebesar 0.75 (PKKI, 1961, pasal 5)
8.2.3. Kelas Kuat Kayu
Sebagaimana di kemukakan pada sifat umum kayu, kayu akan lebih kuat jika menerima beban sejajar dengan arah serat dari pada menerima beban tegak lurus serat. Ini karena struktur serat kayu yang berlubang. Semakin rapat serat, kayu umumnya memiliki kekuatan yang lebih dari kayu dengan serat tidak rapat. Kerapatan ini umumnya ditandai dengan berat kayu persatuan volume / berat jenis kayu. Ilustrasi arah kekuatan kayu dapat ditunjukkan pada Gambar 8.7. dan Gambar 8.8.
Angka kekuatan kayu dinyatakan dapan besaran tegangan, gaya yang dapat diterima per satuan luas. Terhadap arah serat, terdapat kekuatan kayu sejajar (//) serat dan kekuatan kayu tegak lurus (⊥) serat yang masing - masing memilki besaran yang berbeda. Terdapat pula dua macam besaran tegangan kayu, tegangan absolute / uji lab dan tegangan ijin untuk perancangan konstruksi. Tegangan ijin tersebut telah memperhitungkan angka keamanan sebesar 5 - 10. Dalam buku Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia (PKKI - NI - 5) tahun 1961, kayu di Indonesia diklasifikasikan ke dalam kelas kuat I (yang paling kuat), II, III, IV (paling lemah). Tabel 8.1, menunjukkan kelas berat jenis kayu dan besaran kuat kayu.
8.2.4. Kelas Awet
Berdasarkan pemakaian, kondisinya dan perlakuannya, kayu dibedakan atas kelas awet I (yang paling awet) – V (yang paling tidak awet). Kondisi kayu dimaksud adalah lingkungan/tempat kayu digunakan sebagai batang struktur. Sedangkan perlakuan meliputi pelapisan/tindakan lain agar kayu terhindar/terlindungi dari kadar air dan ancaman serangga. Tabel kelas awet dan kondisinya dapat dikemukakan dalam Tabel 8.2.
8.3. Sistem Struktur dan Sambungan dalam Konstruksi Kayu
Hampir semua sistem struktur yang menggunakan kayu sebagai material dasar dapat dikelompokkan ke dalam elemen linear yang membentang dua arah. Susunan hirarki sistem struktur ini adalah khusus.
RANGKA RINGAN.
Sistem struktur joists ringan pada Gambar 8.9(a) adalah konstruksi kayu yang paling banyak digunakan pada saat ini. Sistem joists lanta terutama sangat berguna untuk beban hidup ringan yang terdistribusi merata dan untuk bentang yang tidak besar. Kondisi demikian umumnya dijumpai pada konstruksi rumah. Joists pada umumnya menggunakan tumpuan sederhana karena untuk membuat tumpuan vang dapat menahan momen diperlukan konstruksi khusus. Pada umumnya, lantai dianggap tidak monolit dengan joists kecuali apabila digunakan konstruksi khusus yang menyatukannya.
Sistem tumpuan vertikal yang umum digunakan adalah dinding pemikul beban yang dapat terbuat dari bata atau dari susunan elemen kayu (plywood). Dalam hal yang terakhir ini, tahanan lateral pada susunan struktur secara keseluruhan terhadap beban horizontal diperoleh dengan menyusun dinding berlapisan plywood yang berfungsi sebagai bidangbidang geser. Struktur demikian pada umumnya dibatasi hanya sampai tiga atau empat lantai. Pembatasan ini tidak hanya karena alasan kapasitas pikul bebannya, tetapi juga karena persyaratan keamanan terhadap kebakaran yang umum diberikan pada peraturan-peraturan mengenai gedung. Karena setiap elemen pada sistem struktur ini diletakkan di tempatnya secara individual, maka banvak fleksibilitas dalam penggunaan sistem tersebut, termasuk juga dalam merencanakan hubungan di antara elemen-elemennya.
ELEMEN KULIT BERTEGANGAN (STRESSED SKIN ELEMENTS).
Elemen kulit bertegangan tentu saja berkaitan dengan sistem joists standar [lihat Gambar 8.9(b)]. Pada elemen-elemen ini, kayu lapis disatukan dengan balok memanjang sehingga sistem ini dapat. berlaku secara integral dalam molekul lentur. Dengan demikian, sistem yang diperoleh akan bersifat sebagai plat.
Kekakuan sistem ini juga meningkat karena adanya penyatuan tersebut. Dengan demikian, tinggi struktural akan lebih kecil dibandingkan dengan sistem joist standar. Elemen kulit bertegangan ini pada umumnya dibuat tidak di lokasi, dan dibawa ke lokasi sebagai modul-modul. Kegunaannya akan semakin meningkat apabila modul-modul ini dapat dipakai secara berulang. Elemen demikian dapat digunakan pada berbagai struktur, termasuk juga sistem plat lipat berbentang besar.
BALOK BOKS.
Perilaku yang diberikan oleh kotak balok dari kayu lapis [lihat Gambar 8.9(c)] memungkinkan penggunaannya untuk berbagai ukuran bentang dan kondisi pembebanan. Sistem yang demikian sangat berguna pada situasi bentang besar atau apabila ada kondisi beban yang khusus. Balok boks dapat secara efisien mempunyai bentang lebih besar daripada balok homogen maupun balok berlapis. KONSTRUKSI KAYU BERAT Sebelum sistem joists ringan banyak digunakan, sistem balok kayu berat dengan papan transversal telah banyak digunakan [lihat Gambar 8.9(e)]. Balok kayu berlapisan sekarang banyak digunakan sebagai alternatif dari balok homogen. Sistem demikian dapat mempunyai kapasitas pikul beban dan bentang lebih besar daripada sistem joist. Sebagai contoh, dengan balok berlapisan, bentang yang relatif besar adalah mungkin karena tinggi elemen struktur dapat dengan mudah kita peroleh dengan menambah lapisan. Elemen demikian umumnya bertumpuan sederhana, tetapi kita dapat juga memperoleh, tumpuan yang mampu memikul momen dengan menggunakan konstruksi khusus.
RANGKA BATANG
Rangka batang kayu merupakan sistem berbentang satu arah yang paling banyak digunakan karena dapat dengan mudah menggunakan banyak variasi dalam konfigurasi dan ukuran batang. Rangka batang dapat dibuat tidak secara besar-besaran, tetapi dapat dibuat secara khusus untuk kondisi beban dan bentang tertentu. Sekalipun demikian, kita juga. membuat rangka batang secara besar-besaran (mass production). Rangka batang demikian umumnya digunakan pada situasi bentang tidak besar dan beban ringan. Rangka batang tnissed rafter pada Gambar 8.9(g) misalnya, banyak digunakan sebagai konstruksi atap pada bangunan rumah. Sistem yang terlihat pada Gambar 8.9(b) analog dengan balok baja web terbuka dan berguna untuk situasi bentang besar (khususnya untuk atap). Sistem penumpu vertikal pada struktur ini umumnya berupa dinding batu atau kolom kayu. Tahanan terhadap beban lateral pada struktur ini umumnya diperoleh dengan menggunakan dinding tersebut sebagai bidang geser. Apabila bukan dinding, melainkan kolom yang digunakan, pengekang (bracing) dapat pula digunakan untuk meningkatkan kestabilan struktur terhadap beban lateral. Peningkatan kestabilan dengan menggunakan titik hubung kaku dapat saja digunakan untuk struktur rendah, tetapi hal ini jarang dilakukan.
PLAT LIPAT DAN PANEL PELENGKUNG
Banyak struktur plat lengkung atau plat datar yang umumnya berupa elemen berbentang satu, yang dapat dibuat dari kayu. Kebanyakan struktur tersebut menggunakan kayu lapis. Gambar 8.9(j) dan (k) mengilustrasikan dua contoh struktur itu.
PELENGKUNG
Bentuk pelengkung standar dapat dibuat dari kayu. Elemen berlapisan paling sering digunakan. Hampir semua bentuk pelengkung dapat dibuat dengan menggunakan kayu. Bentang yang relatif panjang dapat saja diperoleh. Struktur-struktur ini umumnya berguna sebagai atap saja. Kebanyakan bersendi dua atau tiga, dan tidak dijepit.
LAMELLA
Konstruksi lamella merupakan suatu cara untuk membuat permukaan lengkung tunggal atau ganda dari potongan-potongan kecil kayu [lihat Gambar 8.9(l)]. Konstruksi yang menarik ini dapat digunakan untuk membuat permukaan silindris berbentang besar, juga untuk struktur kubah. Sistem ini sangat banyak digunakan, terutama pada struktur atap.
UKURAN ELEMEN
Gambar 8.10 mengilustrasikan kira-kira batas-batas bentang untuk berbagai jenis struktur kayu. Bentang "maksimum" yang diperlihatkan pada diagram ini bukanlah bentang maksimum yang mungkin, melainkan batas bentang terbesar yang umum dijumpai. Batasan bentang minimum menunjukkan bentang terkecil yang masih ekonomis. Juga diperlihatkan kira-kira batas-batas tinggi untuk berbagai bentang setiap sistem. Angka yang kecil menunjukkan tinggi minimum yang umum untuk sistem yang bersangkutan dan angka lainnya menunjukkan tinggi maksimumnya. Tinggi sekitar L/20, misalnya, mengandung arti bahwa elemen struktur yang bentangnya 16 ft (4,9 m) harus mempunyai tinggi sekitar 16 ft/20 = 0,8 ft (0,24 m).
Kolom kayu pada umumnya mempunyai perbandingan tebal terhadap tinggi (t/h) bervariasi antara 1 : 25 untuk kolom yang dibebani tidak besar dan relatif pendek, atau sekitar 1 : 10 untuk kolom yang dibebani besar pada gedung bertingkat, Dinding yang dibuat dari elemen-elemen kayu mempunyai perbandingan t/h bervariasi dari I : 30 sampai I : 15.
8.3.1. Produk Alat Sambung untuk Struktur Kayu
a) Alat Sambung Paku
Paku merupakan alat sambung yang umum dipakai dalam konstruksi maupun struktur kayu. Ini karena alat sambung ini cukup mudah pemasangannya. Paku tersedia dalam berbagai bentuk, dari paku polos hingga paku ulir. Spesifikasi produk paku dapat dikenali dari panjang paku dan diameter paku. Ilustrasi produk paku ditunjukkan pada Gambar 8.11.
terhadap karat dan noda. Dengan begitu tampilan paku dapat dipertahankan. Namun adanya coating tersebut menyebabkan kuat cabut paku berkurang karena kehalusan coating tersebut.
Ujung Paku. Ujung paku dengan bagian runcing yang relatif panjang umumnya memiliki kuat cabut yang lebih besar. Namun ujung yang runcing bulat tersebut sering menyebabkan pecahnya kayu terpaku. Ujung yang tumpul dapat mengurangi pecah pada kayu, namun karena ujung tumpung tersebut merusak serat, maka kuat cabut paku pun akan berkurang pula.
Kepala paku. Kepala paku badap berbentuk datar bulat, oval maupun kepala benam (counter sunk) umumnya cukup kuat menahan tarikan langsung. Besar kepala paku ini umumnya sebanding dengan diameter paku. Paku kepala benam dimaksudkan untuk dipasang masuk – terbenam dalam kayu.
Pembenaman Paku. Paku yang dibenam dengan arah tegak lurus serat akan memiliki kuat cabut yang lebih baik dari yang dibenam searah serat . Demikian halnya dengan pengaruh kelembaban. Setelah dibenam dan mengalami perubahan kelembaban, paku umumnya memiliki kuat cabut yang lebih besar dari pada dicabut langsung setelah pembenaman. Jarak Pemasangan Paku. Jarak paku dengan ujung kayu, jarak antar kayu, dan jarak paku terhadap tepi kayu harus diselenggarakan untuk mencegah pecahnya kayu. Secara umum, paku tak diperkenankan dipasang kurang dari setengah tebal kayu terhadap tepi kayu, dan tak boleh kurang dari tebal kayu terhadap ujung. Namun untuk paku yang lebih kecil dapat dipasang kurang dari jarak tersebut.
Kuat cabut paku
Gaya cabut maksimum yang dapat ditahan oleh paku yang ditanam
tegak lurus terhadap serat dapat dihitung dengan pendekatan rumus berikut.
P = 54.12 G5/2 DL (Metric: kg)
P = 7.85 G5/2 DL (British: pound) (8.1)
Dimana : P = Gaya cabut paku maksimum
L = kedalaman paku dalam kayu (mm, inc.)
G = Berat jenis kayu pada kadar air 12 %
D = Diameter paku (mm, inch.)
Kuat lateral paku
Pada batang struktur, pemasangan paku umumnya dimaksudkan untuk menerima beban beban tegak lurus/lateral terhadap panjang paku. Pemasangan alat sambung tersebut dapat dijumpai pada struktur kuda-kuda papan kayu. Kuat lateral paku yang dipasang tegak lurus serat dengan arah gaya lateral searah serat dapat didekati dengan rumus berikut
P = K D2 (8.2)
Dimana: P = Beban lateral per paku
D = Diameter paku
K = Koefisien yang tergantung dari karakteristik jenis kayu.
b) Alat sambung sekerup
Sekrup hampir memiliki fungsi sama dengan paku, tetapi karena memiliki ulir maka memiliki kuat cabut yang lebih baik dari paku. Terdapat tiga bentuk pokok sekerup yaitu sekerup kepala datar, sekerup kepala oval dan sekerup kepala bundar. Dari tiga bentuk tersebut, sekerup kepala datarlah yang paling banyak ada di pasaran. Sekerup kepala oval dan bundar dipasang untuk maksud tampilan–selera. Bagian utama sekerup terdiri dari kepala, bagian benam, bagian ulir dan inti ulir. Diameter inti ulir biasanya adalah 2/3 dari diameter benam. Sekerup dapat dibuat dari baja, alloy, maupun kuningan diberi lapisan/coating nikel, krom atau cadmium.
Ragam produk sekerup dapat ditunjukkan pada Gambar 8.12 berikut.
Kuat Cabut Sekerup
Kuat cabut sekerup yang dipasang tegak lurus terhadap arah serat (Gambar 8.13) dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut.
P = 108.25 G2 DL (Metric unit: Kg, cm )
P = 15.70 G2 DL (British unit: inch–pound)
Dimana:
P = Beban cabut sekerup (N, Lb)
G = Berat jenis kayu pada kondisi kadar air 12 % kering oven
D = Diameter sekerup terbenam / shank diameter (mm, in.),
L = Panjang tanam (mm,in.)
Kuat lateral sekerup
Kuat lateral sekerup yang dipasang tegak lurus serat dengan arah gaya lateral searah serat dapat didekati dengan rumus yang sama dengan kuat lateral paku (persamaan 8.2)
Sekerup Lag (Lag Screw)
Sekerup lag, seperti sekerup namun memiliki ukuran yang lebih besar dan berkepala segi delapan untuk engkol. Saat ini banyak dipakai karena kemudahan pemasangan pada batang struktur kayu dibanding dengan sambungan baut–mur. Umumnya sekerup lag ini berukuran diameter dari 5.1 – 25.4 mm (0.2 – 1.0 inch) dan panjang dari 25.4 – 406 mm (1.0 – 16 inch).
Kuat Cabut Sekerup Lag.
Kuat cabut sekerup lag dapat dihitung dengan formula sebagai berikut.
P = 125.4 G3/2 D3/4L (Metric unit: Kg, cm )
P = 8,100 G3/2 D3/4L (British unit: inch–pound) (8.4)
Dimana: P = Beban cabut sekerup (N, Lb)
G = Berat jenis kayu pada kondisi kadar air 12 % kering oven
D = Diameter sekerup terbenam / shank diameter (mm, in.)
L = Panjang tanam (mm,in.)
Kuat lateral sekerup lag dapat dihitung dengan rumus sebagai
berikut.
P = c1 c2 K D2 (8.5)
Dimana: P= Beban lateral per sekerup
D= Diameter sekerup
K= Koefisien yang tergantung karakteristik jenis kayu
(lihat Tabel 8.4)
C1= Faktor pengali akibat ketebalan batang apit tersambung
C2= Faktor pengali akibat pembenamam sekrup lag
(lihat Tabel 8.6)
8.3.2. Konstruksi Sambungan Gigi
Walaupun sambungan ini sebenarnya malah memperlemah kayu, namun karena kemudahannya, sambungan ini banyak diterapkan pada konstruksi kayu sederhana di Indonesia utamanya untuk rangka kuda-kuda atap. Kekuatan sambungan ini mengandalkan kekuatan geseran dan atau kuat tekan / tarik kayu pada penyelenggaraan sambungan. Kekuatan tarikan atau tekanan pada sambungan bibir lurus di atas ditentukan oleh geseran dan kuat desak tampang sambungan gigi. Dua kekuatan tersebut harus dipilih yang paling lemah untuk persyaratan kekuatan struktur.
P geser = τ ijin a b (8.6)
Dimana : τ ijin = Kuat / tegangan geser ijin kayu tersambung
b = lebar kayu
a = panjang tampang tergeser
P desak = ijin b t (8.7)
Dimana : ijin = Kuat / tegangan ijin desak kayu tersambung
b = lebar kayu
t = tebal tampang terdesak
Hampir sama dengan sambungan gigi, sambungan baut tergantung desak baut pada kayu, geser baut atau kayu. Desak baut sangat dipengaruhi oleh panjang kayu tersambung dan panjang baut. Dengan panjangnya, maka terjadi lenturan baut yang menyebabkan desakan batang baut pada kayu tidak merata. Berdasarkan NI-5 PKKI (1961) gaya per baut pada kelas kayu tersambung dapat dihitung rumus sebagai berikut :
Kayu kelas I:
Sambungan tampang 1 untuk λb = bmin / d = 4.8
S = 50 d b1 (1 – 0.6 Sin α)
S = 240 d2 (1 – 0.35 Sin α)
Sambungan tampang 2 untuk λb = bmin / d = 3.8
S = 125 d b3 (1 – 0.6 Sin α)
S = 250 d b1 (1 – 0.6 Sin α)
S = 480 d2 (1 – 0.35 Sin α)
Kayu kelas II:
Sambungan tampang 1 untuk λb = bmin / d = 5.4
S = 40 d b1 (1 – 0.6 Sin α)
S = 215 d2 (1 – 0.35 Sin α)
Sambungan tampang 2 untuk λb = bmin / d = 4.3
S = 100 d b3 (1 – 0.6 Sin α)
S = 200 d b1 (1 – 0.6 Sin α)
S = 430 d2 (1 – 0.35 Sin α)
Kayu kelas III:
Sambungan tampang 1 untuk λb = bmin / d = 6.8
S = 25 d b1 (1 – 0.6 Sin α)
S = 170 d2 (1 – 0.35 Sin α)
Sambungan tampang 2 untuk λb = bmin / d = 5.7
S = 60 d b3 (1 – 0.6 Sin α)
S = 120 d b1 (1 – 0.6 Sin α)
S = 340 d2 (1 – 0.35 Sin α)
Dimana : S = Kekuatan per baut dalam kg
α = Sudut arah gaya terhadap arah serat
b1 = Tebal kayu tepi (cm)
b3 = Tebal tengah (cm)
d = Diameter baut (cm)
Masing kelas kayu tersebut di ambil harga terkecil untuk mendapat jumlah baut dalam satu sambungan. Untuk pemasangan baut, disyaratkan pula jarak antar baut dalam satu sambungan. Dengan memperhatikan sketsa ilustrasi sambungan seperti Gambar 8.17, ketentuan jarak baut utama yang sering digunakan dapat dikemukakan sebagai berikut. Ilustrasi secara lengkap diterakan dalam PKKI – NI (1961)
• Jarak antar baut searah gaya dan serat = 5 φ baut
• Jarak antar baut tegak lurus gaya dan serat = 3 φ baut
• Jarak baut denga tepi kayu tegak lurus gaya dan serat = 2 φ baut
• Jarak baut dengan ujung kayu searah gaya dan serat = 5 φ baut
• Jarak antar baut searah gaya – tegak lurus serat = 3 φ baut
8.3.4. Sambungan dengan cincin belah (Split Ring) dan plat geser
Produk alat sambung ini merupakan alat sambung yang memiliki perilaku lebih baik dibanding alat sambung baut. Namun karena pemasangannya agak rumit dan memerlukan peralatan mesin, alat sambung ini jarang diselenggarakan di Indonesia. Produk sambung ini terdiri dari cincin dan dirangkai dengan baut.
Dalam penyambungan, alat ini mengandalkan kuat desak kayu ke arah sejajar maupun arah tegak lurus serat. Seperti halnya alat sambung baut, jenis kayu yang disambung akan memberikan kekuatan yang berbeda. Produk alat sambung ini memiliki sifat lebih baik dari pada sambungan baut maupun paku. Ini karena alat sambung ini mendistribusikan gaya baik tekan maupun tarik menjadi gaya desak kayu yang lebih merata dinading alat sambung baut dan alat sambung paku.
Jumlah alat sambung yang dibutuhkan dalam satu sambungan dapat dihitung dengan membagi kekuatan satu alat sambung pada jenis kayu tertentu. Tabel 8.7 menampilkan besaran kekuatan per alat sambung terendah untuk pendekatan perhitungan.
8.3.5. Sambungan dengan Plat Logam (Metal Plate Conector)
Alat sambung ini sering disebut sebagai alat sambung rangka batang (truss). Alat sambung ini menjadi populer untuk maksud menyambung struktur batang pada rangka batang, rangka usuk (rafter) atau sambungan batang struktur berupa papan kayu. Plat sambung umumnya berupa plat baja ringan yang digalvanis untuk menahan karat, dengan lebar/luasan tertentu sehingga dapat menahan beban pada kayu tersambung.
Prinsip alat sambungan ini memindahkan beban melalui gerigi, tonjolan (plug) dan paku yang ada pada plat. Jenis produk ini ditunjukkan pada Gambar 8.21. Untuk pemasangan plat, menanam gerigi dalam kayu tersambung, memerlukan alat penekan hidrolis atau penekan lain yang menghasilkan gaya besar.
setempat atau pondasi dinding menerus dari bahan pasangan batu atau beton. Pemasangan kolom kayu selain memerlukan jangkar (anchor) ke pondasi
diperlukan penyekat resapan dari tanah, baik berupa beton kedap atau pelat baja agar kayu terhindar dari penyebab lapuk/busuk. Jika dipasang plat kaki keliling, harus terdapat lubang pengering, untuk menjaga adanya air tertangkap pada kaki kolom tersebut. Terlebih jika kolom tersebut berada diluar bangunan yang dapat terekspose dengan hujan dan/atau kelembaban yang berlebihan. Kaki kolom sederhana dengan penahan hanya di dua sisi seperti pada Gambar 8.23 sangat disarankan untuk memungkinkan adanya drainase pada kaki kolom.
Kolom kayu dapat berupa kolom tunggal, kolom gabungan dan kolom dari produk kayu laminasi seperti ditunjukkan pada Gambar 8.24. Kolom gabungan dapat disusun dari dua batang kayu atau berupa papan yang membentuk bangun persegi. Bentuk lain adalah berupa kolom dari kayu laminasi. Kayu Laminasi merupakan kayu buatan yang tersusun dan direkatkan dari kayu tipis.
Batang struktur kolom dapat menerima beban dari balok, balok loteng, maupun beban rangka atap. Untuk dapat menahan beban di atasnya dan terhindar dari tekuk sangat disarankan dan sebisa mungkin menghindari pengurangan tampang efektif kolom. Sambungan gigi umumnya mengurangi tampang efektif kolom yang relatif besar sehingga tidak disarankan penggunaannya. Penggunaan klos sambung mungkin akan cukup baik, namun akan menjadi mahal karena
menambah volume kayu yang tidak sedikit. Penyelenggaraan sambungan yang mendekati ideal dapat menggunakan pelat sambung seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.25. Dengan penggunaaan alat sambung kolom dengan balok tersebut, pengurangan tampang kolom yang terjadi hanya akibat lubang baut.
8.4.6. Konstruksi Balok
Pada bangunan gedung, struktur balok dapat berupa balok loteng balok atap, maupun gording. Struktur balok kayu dapat berupa kayu solid gergajian, kayu laminasi, atau bentuk kayu buatan lainnya. Untuk penyambungan, batang balok dengan balok perlu menghindari sambungan yang menerima momen yang relatif besar. Karenanya sambungan balok umumnya dilakukan tepat di atas struktur dudukan atau mendekati titik dudukan. Dengan begitu momen yang terjadi pada sambungan relatif kecil.
Balok sering dibebani penggantung plafon atau komponen konstruksi lain di bawahnya. Agar pembebanan tersebut tidak merusak struktur, pengantung dipasang di atas separoh tinggi balok untuk menghindari sobek batang balok akibat pembebanan tersebut. Penyelenggaraan beugel untuk penggantung sangat disarankan untuk maksud tersebut.
Pada dudukan dan sambungan antar balok secara tegak lurus, hindarkan pengurangan tampang, sehingga bahaya sobek pada balok kayu tidak terjadi. Gambar 8.30 merupakan contoh sambungan antara balok, balok anak lantai disambungkan pada balok utama/induk dari kayu laminasi. Penyambung pada balok diletakkan di bagian atas untuk menghindari sobek
Kayu merupakan bahan yang higroskopis, mudah mengembang atau menyusut oleh kadar air. Pada pembuatan sambungan dengan bahan lain, misal plat baja, hindarkan sobek batang struktur akibat sifat kembang dan susut kayu. Hal ini karena angka muai baja dan kayu saling berkebalikan. Salah satu cara menghindari sobek akibat kembang dan susut kayu adalah dengan cara memisah/memecah plat baja seperti yang ditunjukkan Gambar 8.31. Cara lain adalah dengan membiarkan tampang bagian atas tidak terkekang, yakni dengan menggunakan plat sadel seperti Gambar 8.32.
8.4.7. Konstruksi rangka batang kayu
Struktur rangka batang kayu umum digunakan pada bangunan rumah tinggal, perkantoran, bangunan pertokoan, hingga jembatan. Rangka batang merupakan struktur rangka yang disusun batang membentuk bangun segitiga dengan simpul / titik sambung, dapat menerima beban struktur. Dengan susunan tersebut diperolehlah struktur yang relatif ringan dan kuat pada bentangan yang lebih panjang. Pemakaian rangka batang untuk struktur kayu memungkinkan terbentuknya ruang terbuka yang luas dan partisi/penyekat ruang dapat dirubah tanpa harus mempertimbangkan integritas struktural dari bangunan. Alasan penyelenggaaran rangka batang antara lain:
(1) Sangat bervariasibentuknya,
(2) Dapat menampilkan keindahan khusus,
(3) dapat melayani bentang relatif panjang,
(4) memungkinkan kemudahan penyelenggaraan sistem instalasi layanan bangunan, misal listrik, plumbing, maupun langitlangit,
(5) kompatibel terhadap elemen struktur lain, misal beton, pasangan maupun baja.
8.4.8. Produk penyambung struktur rangka batang
Disamping digunakan penyambung tradisional, sambungan gigi, paku maupun baut, penyambung plat fabrikasi telah banyak pula digunakan, lebih-lebih untuk rangka batang fabrikasi. Produk alat sambung terakhir merupakan alat sambung yang dapat memberikan konsistensi hasil sambungan baik kekuatan dan kemudahan penyelenggaraan secara masal. Penyambung plat ini mengandalkan gigi dan tonjolan pada plat untuk memindahkan gaya dari dan ke batang kayu yang disambung.
Gambar 8.35 merupakan contoh penggunaan plat sambung pada struktur rangka batang kayu.
Rangka batang kayu lemah secara lateral, sehingga sangat mungkin mengalami deformasi secara lateral yang merusak sambungan pada saat mobilisasi dan atau saat ereksi konstruksi. Karenanya tata cara penyimpanan, mobilisasi hingga ereksi sangat memegang peranan penting agar plat sambung tersebut berfungsi baik sebagai elemen penyambung struktur rangka batang kayu. Untuk penyimpanan maupun penempatan, rangka batang kayu seharusnya diletakkan secara rata dengan ganjal atau dengan cara berdiri dan dilengkapi dengan penyokong (Gambar 8.36).
Di negara maju, rangka batang kayu yang dibuat di pabrik telah dilengkapi dengan fasilitas penggantung dilengkapi dengan petunjuk untuk mengangkat baik saat mobilisasi maupun saat ereksi konstruksi. Terdapat beberapa cara, antara lain: sudut tali pengangkat < 60 derajat, gunakan batang pembentang, pengaku rangka untuk panjang rangka lebih dari 18 meter. Cara pengangkatan struktur rangka ditunjukkan pada Gambar 8.37 berikut:
8.4.9. Konstruksi Struktur jembatan kayu
Sebelum abad 20, kayu menjadi bahan bangunan utama bahkan sebagai bahan struktur jalan kereta dan jembatan. Jembatan terdiri dari struktur bawah dan struktur atas. Struktur bawah terdiri dari abutment, tiang dan struktur lain untuk menyangga struktur atas yang terdiri dari balok jembatan dan lantai jembatan.
Bentuk penyusun struktur dapat berupa kayu gelondong/log, kayu gergajian, hingga kayu laminasi atau kayu buatan lainnya. Hingga produk glulam tersebar, ketersediaan ukuran kayu menjadi kendala penyelenggaraan kayu untuk jembatam. Kalaupun ada, jembatan kayu merupakan jembatan sementara dengan umur pakai dibawah 10 tahun.
Struktur kayu laminasi telah membantu kapabilitas bentangan struktur yang diperlukan untuk jembatan. Gelegar laminasi ukuran 0.60 m x 1.80 m mampu mendukung suatu sistem deck laminasi hingga bentangan 12 m – 30 m bahkan lebih. Balok laminasi dapat membentuk suatu deck/ lantai jembatan yang solid dan jika dirangkai dengan batang tarik pengekang dapat membentuk suatu deck laminasi bertegangan tarik. Kayu laminasi lengkung dapat dipakai untuk memproduksi beragam jembatan yang indah.
8.4.10. Struktur pelengkung kayu
Struktur pelengkung kayu telah banyak diselenggarakan untuk mendapatkan ruang cukup lapang pada bangunan tempat ibadah, bangunan rekreasi hingga hanggar terlebih saat teknologi kayu laminasi/glulam ditemukan. Struktur ini disusun dari struktur tarikan di bagian bawah dan struktur tekan di bagian pelengkung atas. Struktur bagian bawah bisa berbentuk lengkung atau lurus. Jika lurus maka atap bangunan akan membentuk seperti payung. Sedangkan jika bagian bawah lengkung simetris dan berpusat pada satu pusat, maka atap dome akan menyerupai bola.
Gambar kerja arsitektural potongan dengan konstruksi kayu.
Gambar kerja rencana atap
