KONSTRUKSI KAYU : TEKNIK STRUKTUR BANGUNAN

Detail Beton bertulang

Aplikasi Konstruksi Beton Bertulang  

TEKNIK STRUKTUR BANGUNAN DENGAN KONSTRUKSI KAYU

8.1. Sifat Kayu sebagai Material Konstruksi
8.2. Penggolongan Produk Kayu di Pasaran
8.3. Sistem Struktur dan Sambungan dalam Konstruksi Kayu
 

8.4. Aplikasi Struktur dengan Konstruksi Kayu

8.4.1. Perhitungan Kekuatan Kayu

Karena arah serat sangat mempengaruhi kekuatan kayu, keadaan serat yang miring terhadap arah memanjang pada suatu batang struktur akan mengalami reduksi kekuatan. Besaran kuat tekan atau tarik kayu pada serat miring (σα) dapat dihitung berdasarkan rumus berikut.

σα = σ// σ⊥ / σ// sin α + σ⊥ Cos α         (8.8)

Dimana : σ// = Tegangan tarik/tekan sejajar serat
σ⊥ = Tegangan tekan / tarik tegak lurus serat
α = Sudut kemiringan serat terhadap arah memanjang serat

8.4.2. Analisis Struktur Kolom

Kolom merupakan batang struktur yang menerima beban tekan, termasuk batang tekan pada struktur kuda-kuda kayu. Batang kolom dapat berupa batang tunggal atau batang gabungan. Berdasarkan panjang, kolom dibagi menjadi tiga, kolom pendek, kolom sedang dan kolom panjang. Pada kolom pendek, kekuatan kuat tekan kayu. Sedangkan pada kolom sedang akan mendekati kolom panjang yang akan mengalami tekuk sebelum tegangan tekan dilampaui. Karenanya kolom harus diperhitungkan adanya tekuk.

Semakin langsing, kolom panjang dengan tampang melintang kecil, semakin mudah kolom tersebut tertekuk. Angka kelangsingan (λ) kolom dinyatakan sebagai berikut.

λ = L_k / i _min                     (8.9)

i _min = (Imin / F) ^1/2
I _min = Momen inersia tampang kolom minimal
F = luas tampang melintang kolom
Dari angka kelangsingan tersebut kemudian dicari faktor tekuk (ω)
berdasarkan tabel Angka kelangsingan:

Tegangan yang terjadi dihitung sebagai berikut.

σ = S ω / F_Bruto ˂ σ _{ijin tekuk}                 (8.10)

Dimana :
σ = Tegangan yang terjadi
S = gaya batang
ω = Faktor tekuk
F_Bruto = luas tampang kolom

Tabel Angka kelangsingan
Sumber: PKKI, 1979

Tegangan Ijin Tekuk Kolom Kayu 􀈜 Kolom Koefisien PKKI - NI.05 1961 Tekuk 􀈦 Kelas I Kelas II Kelas III Kelas IV 0 1.000 130 85 60 45 10 1.070 121 79 56 42 30 1.250 104 68 48 36 50 1.500 86 57 40 30 70 1.870 70 45 32 24 90 2.500 52 34 24 18 110 3.730 35 23 16 12 130 5.480 24 16 11 8 150 7.650 17 11 8 6

8.4.3. Analisis Kolom gabungan

Untuk pertimbangan kekuatan dan penampilan, kadang kolom kayu dibuat lebih dari satu batang, umumnya berupa batang ganda yang dirangkai atau berupa atau berupa boks. Gambar Penampang kolom dari batang gabungan. menunjukkan contoh kolom dari batang gabungan.

Gambar Penampang kolom dari batang gabungan

Untuk menghitung kolom ganda, dianggap kolom tersebut memiliki lebar yang sama dengan jumlah lebar batang gabungan. Sehingga didapat besaran jari-jari gyrasi (i) dan momen inersia yang diperhitungkan (I) untuk batang kolom ganda sebagai berikut:

I ix= 0,.289 h, dimana h = tinggi tampang batang kolom. (8.11)
I = ¼ (I_t + 3 I_g)

Dimana : I = Momen inersia yang diperhitungkan
I_t = Momen inersia teoritis
I_g = Momen inersia geser sehingga batang kolom gabungan berimpit

Syarat lain yang harus dipenuhi untuk perhitungan adalah bahwa jarak antar bagian (a) harus diambil dua kali jarak tebal bagian, a = 2b dan besaran momen inersia tiap elemen/ bagian kolom (Ie) harus memenuhi persamaan berikut (PKKI, 1961).

I_e > 10 S Lk²/n                 (8.12)

Dimana : Ie = Momen inersia elemen batang tunggal
S = Gaya batang (ton)
Lk = Panjang tekuk (m)
n = Jumlah batang penyusun kolom gabungan

Selanjutnya perhitungan tegangan yang terjadi (σ) dihitung seperti persamaan tegangan pada kolom tunggal dengan memperhitungkan kelangsingan dan faktor tekuk.

8.4.4. Analisis Struktur Balok

Struktur balok kayu akan menerima beban tegak lurus yang mengakibatkan balok akan mengalami geser tegak batang balok , geser ke arah memanjang dan momen lenturan (bending moment). Geser arah tegak lurus serat dapat diabaikan, karena kayu memiliki geser tegak lurus yang cukup besar. Yang umumnya diperhitungkan adalah geseran arah memanjang dan lenturan.

Persyaratan kekuatan struktur balok terhadap lenturan dapat dihitung sebagai berikut.

σ _ltr = M / W ˂ σ _{ijin lentur}                 (8.13)

Dimana :
M = Besar momen lentur kritis pada struktur
W = Momen tahanan tampang melintang batang struktur
= 1/6 b h² untuk tampang persegi panjang

Sedang syarat kekuatan geseran balok dengan tampang persegi panjang dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut.

τ = 3V /2A ˂ τ _ijin                     (8.14)

Dimana:
V = Gaya geser / gaya lintang
A = Luas tampang melintang batang
= b.h untuk tampang persegi panjang

8.4.5. Konstruksi Pondasi, Kaki Kolom, dan Kolom

Bangunan kayu umumnya merupakan bangunan relatif ringan dibanding dengan baja maupun beton. Pondasi untuk bangunan kayu umumnya merupakan pondasi sederhana berbentuk umpak/pondasi 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 Kaki kolom kayu dengan plat dan jangkar sangat disarankan untuk memungkinkan adanya drainase pada kaki kolom.

Gambar Kaki kolom kayu dengan plat dan jangkar

Sumber: Forest Products Laboratory USDA, 1999

Kolom kayu dapat berupa kolom tunggal, kolom gabungan dan kolom dari produk kayu laminasi seperti ditunjukkan pada Gambar Kolom tunggal, kolom ganda dan produk kolom laminasi. 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.

Gambar Kolom tunggal, kolom ganda dan produk kolom laminasi

Sumber: Forest Products Laboratory USDA, 1999

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 sambungan kolom dengan balok. Dengan penggunaaan alat sambung kolom dengan balok tersebut, pengurangan tampang kolom yang terjadi hanya akibat lubang baut.

Gambar sambungan kolom dengan balok

Sumber: Forest Products Laboratory USDA, 1999

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. 

 

Gambar Struktur balok dari kayu solid ditumpukan pada kolom dan struktur balok laminasi bertumpu pada balok

Sumber: Forest Products Laboratory USDA , 1999

Gambar struktur balok I dari produk kayu buatan
Sumber: Forest Products Laboratory USDA,1999

Gambar Gambar sambungan balok dengan balok
Sumber: Forest Products Laboratory USDA, 1999

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.

Gambar Pembebanan yang keliru pada struktur balok
Sumber: Forest Products Laboratory USDA , 1999

Pada dudukan dan sambungan antar balok secara tegak lurus, hindarkan pengurangan tampang, sehingga bahaya sobek pada balok kayu tidak terjadi. Gambar Stuktur balok lantai bertumpu pada balok kayu induk 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

Gambar Stuktur balok lantai bertumpu pada balok kayu induk

Sumber: Forest Products Laboratory USDA, 1999

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 Contoh sambungan keliru dan sambungan benar pada balok karena sifat kembang susut kayu. Cara lain adalah dengan membiarkan tampang bagian atas tidak terkekang, yakni dengan menggunakan plat sadel seperti Gambar Contoh lain sambungan balok terkait dengan sifat kembang dan susut kayu.

Gambar Contoh sambungan keliru dan sambungan benar pada balok karena sifat kembang susut kayu
Sumber: Forest Products Laboratory USDA , 1999

Gambar Contoh lain sambungan balok terkait dengan sifat kembang dan susut kayu
Sumber: Forest Products Laboratory USDA , 1999

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 bervariasi bentuknya, (2) Dapat menampilkan keindahan khusus, (3) dapat melayani bentang relatif panjang, (3) memungkinkan kemudahan penyelenggaraan sistem instalasi layanan bangunan, misal listrik, plumbing, maupun langitlangit, (4) kompatibel terhadap elemen struktur lain, misal beton, pasangan maupun baja.

Gambar Berbagai bentuk struktur rangka batang kayu

Sumber: Allen , 1999

Gambar Contoh penggunaan struktur rangka batang kayu

Sumber: Forest Products Laboratory USDA , 1999

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 Contoh struktur rangka batang kayu dengan plat sambung merupakan contoh penggunaan plat sambung pada struktur rangka batang kayu.

Gambar Contoh struktur rangka batang kayu dengan plat sambung

Sumber: Forest Products Laboratory USDA, 1999

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 Cara penyimpanan struktur rangka fabrikasi).

Gambar Cara penyimpanan struktur rangka fabrikasi

Sumber: Allen , 1999

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 Syarat dan cara mengangkat struktur rangka berikut:

Gambar Syarat dan cara mengangkat struktur rangka

Sumber: Allen , 1999

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.

Gambar Struktur jembatan kayu
Sumber: Forest Products Laboratory USDA, 1999

Gambar Struktur jembatan dengan kayu laminasi
Sumber: Forest Products Laboratory USDA, 1999

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 Struktur pelengkung kayu

Sumber: Forest Products Laboratory USDA , 1999

Pertanyaan:

18. Apakah kelebihan dan kekurangan sifat kayu sebagai material struktur bangunan?
19. Sebutkan jenis cacat-cacat pada kayu?
20. Apa yang dimaksud dengan kelas kuat dan kelas awet kayu?
21. Sebutkan klasifikasi produk kayu di pasaran?
22. Sebutkan jenis-jenis alat sambung untuk konstruksi kayu? Jelaskan pula spesifikasinya?
23. Sebutkan komponen struktur apa saja pada bangunan yang dapat menggunakan konstruksi kayu?
24. Jelaskan beberapa contoh aplikasi jenis struktur dengan konstruksi kayu?

Tugas:
Cari kasus sebuah bangunan dengan struktur kayu. Gambarkan konstruksi kolom, balok, maupun sambungan-sambungannya. Sebutkan dan jelaskan jenis alat-alat sambung yang digunaka. Tinjau persyaratan kekuatan komponen-komponen kolom dan balok berdasarkan rumusan-rumusan yang ada.

Selengkapnya: TEKNIK STRUKTUR BANGUNAN