Co to jest krótka kolumna?
Krótka kolumna jest elementem konstrukcyjnym, którego stosunkowo krótka długość praktycznie gwarantuje, że nie ulegnie kompresji, jeśli zostanie równomiernie obciążona wzdłuż swojej osi. Kolumny można sklasyfikować jako krótkie, pośrednie lub długie, w zależności od ich długości, właściwości materiałowych i długości innych kolumn w tej samej strukturze. Krótka kolumna różni się od średniej lub długiej kolumny, z których każda może się nie udać przez zgięcie, gdy zostanie równomiernie obciążona wzdłuż osi.
Żadna pojedyncza określona długość lub zakres długości nie definiuje krótkiej kolumny. Raczej to, czy kolumna jest uważana za krótką, zależy od wielu czynników. Krótka kolumna może być wykonana z różnych materiałów, w tym ze stali konstrukcyjnej, stopów aluminium, żelbetu, a nawet drewna. W zależności od tego, z którego materiału są wykonane, krótkie kolumny mogą mieć różne długości ze względu na różne wytrzymałości tych materiałów. Kolumny konstrukcyjne, które są krótkie w stosunku do innych kolumn w konkretnej kondygnacji budynku, są również uważane za krótkie kolumny.
Kolumny najczęściej zawodzą w jednym z dwóch trybów. Można je zmiażdżyć, co oznacza, że nie udało im się skompresować lub zgiąć, co jest zjawiskiem zwanym wyboczeniem. To, w którym trybie zawodzą, zależy od wielu czynników, w tym geometrii kolumny i właściwości materiału kolumny. Istotny jest również rozkład sił ściskających w przekroju słupa. W przypadku nierównomiernego przyłożenia siły przez kolumnę, z większą siłą na jedną krawędź niż na drugiej, zwiększa się ryzyko wyboczenia.
Względnie krótkie kolumny najprawdopodobniej zawiodą w kompresji. Obciążenie kolumny spowodowane obciążeniem musi być mniejsze niż wytrzymałość kolumny, aby kolumna mogła wytrzymać obciążenie. Budynki są specjalnie zaprojektowane, aby zapewnić, że tak jest; w przeciwnym razie budynek zawaliłby się.
Ze względów bezpieczeństwa kolumny zaprojektowano tak, aby były mocniejsze niż to konieczne w spodziewanych warunkach. Jest to znane jako margines bezpieczeństwa. Margines bezpieczeństwa pomaga zapewnić, że naprężenie, które każda kolumna jest w stanie wytrzymać, przewyższa naprężenia występujące podczas rzeczywistego użytkowania. Jednak w rzadkich przypadkach, takich jak klęska żywiołowa, obciążenie kolumny może nieoczekiwanie przekroczyć jej wytrzymałość, powodując uszkodzenie kolumny. Jest to poważny problem przy projektowaniu krótkich kolumn.
W porównaniu do innych kolumn, krótkie kolumny są stosunkowo sztywniejsze, co powoduje większą podatność na uszkodzenia podczas trzęsienia ziemi lub innych ekstremalnych zdarzeń. Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę na ich konstrukcję, aby zapewnić solidną konstrukcję. Z tego powodu konstrukcja krótkich kolumn jest szczególnie ważna w mniej rozwiniętych krajach na obszarach podatnych na trzęsienia ziemi, takich jak Honduras i Indie.
Ze względu na ich względną sztywność w porównaniu z innymi elementami konstrukcyjnymi, krótkie kolumny doświadczają zwiększonego zapotrzebowania sejsmicznego, co powoduje, że podczas trzęsienia ziemi mają większą siłę. Zjawisko to znane jest jako efekt krótkiej kolumny. Krótkie kolumny, które zawodzą w ten sposób, charakteryzują się pęknięciami w kształcie litery X widocznymi na zewnątrz kolumny. W miarę możliwości projektanci unikają stosowania takich kolumn w budynkach, aby uniknąć efektu krótkiej kolumny. Tam, gdzie nie można uniknąć ich zastosowania, projektanci zazwyczaj zwiększają wytrzymałość projektu konstrukcyjnego, aby zrekompensować zwiększone ryzyko.