Уточнение расстояний между колоннами

Как должно изменяться расстояние между колоннами жесткости в зависимости от высоты потолков, количества этажей и размера комнат? Интуитивным образом мы знаем приблизительный ответ на этот вопрос. Когда мы примерно представляем себе здание с промежуточными колоннами жесткости, установленными по всей длине стен на некотором расстоянии друг от друга, мы понимаем, что эти элементы жесткости должны быть самыми большими на первом этаже, где находятся самые большие помещения, выполняющие социальные функции, где, соответственно, присутствуют самые большие нагрузки, и самыми маленькими — под крышей, где располагаются помещения наименьшей площади и нагрузки минимальны.

Это сродни той же интуиции, которая подсказывает нам, что самые тонкие жилки на древесном листе должны находиться у его наружного края, а самые толстые и прочные — у основания листа.

Эти интуитивные догадки порождены многочисленными традиционными формами зданий, где колонны, элементы каркаса или же ребра жесткости, расположенные рядом с землей, имеют более крупные размеры и отстоят дальше друг от друга, чем на верхних этажах, где их размеры меньше, как и расстояния между ними. Примеры таких конструкций представлены на наших иллюстрациях. Но каково конструктивное обоснование для таких предположений?

Давайте рассмотрим неукрепленную тонкую стену, находящуюся под воздействием аксиальной нагрузки. Как правило, такая стена, поскольку она тонкая, разрушится прежде от продольного изгиба, чем от сжимающей нагрузки. А это означает, что стеновой материал используется неэффективно. Стена не в состоянии выдерживать сжимающие нагрузки, которые допускает компрессионная прочность материала, поскольку она слишком тонкая.

Поэтому вполне естественно проектировать стены либо достаточно жесткими, чтобы они, не изгибаясь, выдерживали нагрузки, соответствующие их полной компрессионной прочности, либо достаточно толстыми. Если материал, из которого сделана стена, может выдержать нагрузку, соответствующую его предельной компрессионной прочности, то она соответствует требованиям шаблона эффективная конструкция.

При этом критическим фактором является гибкость стены, которая определяется соотношением между ее высотой и толщиной. Нормами и правилами Американского института бетона (АИБ) установлено, что бетонная стена, не укрепленная элементами жесткости, может работать с эффективностью 93% (то есть выдержать 93% потенциальной сжимающей нагрузки без возникновения изгиба) при коэффициенте гибкости не более 10. В этом смысле эффективной является стена высотой три метра и толщиной 0,3 метра.