1.3. Колонны и стойки

Стойка – элемент конструкции сооружения, устанавливаемый в распор между несущими конструкциями перекрытия, кровли и фундаментом. Стойка работает преимущественно на осевое сжатие.

Колонна (фр. collone, от лат. columna) – вертикальный элемент здания, служащий для восприятия вертикальных нагрузок.

Колонна (стойка) является одним из древнейших строительных элементов. Колонны того далекого периода возводились по эмпирическим правилам, без их прочностных расчетов и расчетов на устойчивость. Так, Витрувий, говоря о греческих храмах Малой Азии, отметил, что для придания крепости колоннам дорического ордера (приложение 5) принимали пропорции между толщиной у основания и высотой, включая капитель, равные 6–7 – такие же, как и отношение размера стопы мужчины к его росту. В колоннах ионического и коринфскокого ордеров эти пропорции принимались равными 8 и 8,5 соответственно, олицетворяя тем самым в первом случае изящную женщину, во втором – грациозную девушку.

Таковы были сведения о напряженном состоянии и устойчивости колонн многих поколений. Прогресса в этой области не наблюдалось, до той поры пока Леонард Эйлер (1707–1783 гг.) не вывел формулу, являющуюся до настоящего времени основой для расчета несущей способности стержней.

В современных колоннах отношение ее поперечных размеров к высоте достигает лишь 1/20 – 1/30. Но для природы это не предел. Живая природа дает примеры, не сопоставимые с достижениями технического прогресса: так одинокая сосна или береза – коренаста, соотношение в пределах 1/50, а ее подружка в бору или в роще, учитывая связи в кроне, может противопоставить себя ураганному ветру даже при отношении 1/100 – 1/200.

1.3.1. Типы колонн

Колонны стоечно-балочных систем можно классифицировать по следующим признакам:

• по назначению: колонны каркасов зданий, рабочих площадок, опоры галерей, эстакад и т.д.;

• по материалу: металлические, сталебетонные и трубобетонные (труба заполняется бетоном);

• по виду соединений элементов, образующих сечение составной колонны, – сварное и клепанное;

• по типу сечения: прокатные и составные, сплошностенчатые и сквозные, открытые и замкнутые. Прокатные колонны наименее трудоемки при изготовлении, но не всегда экономичны по критерию металлоемкости вследствие относительной «толстостенности». В составных сечениях расход металла можно уменьшить за счет варьирования толщин. Еще более экономичными по расходу металла являются сквозные колонны, однако трудозатраты на их изготовление более значительны, чем для сплошностенчатых колонн;

• по условиям силонагружения: колонны центрально-сжатые, внецентренно-сжатые. В центрально-сжатых колоннах сила приложена в центре тяжести сечения. Во внецентренно-сжатых колоннах, кроме сжимающей силы, действуют изгибающие моменты. При наличии изгибающего момента поперечное сечение колонны развивается в плоскости этого момента.

Варианты шарнирного либо жесткого закрепления элементов стоечно-балочной системы (колонн с балками и опирания на фундаменты) даны в приложениях 1, 2, 4.