Колонны и балки — это основные несущие элементы каркасных зданий, которые воспринимают нагрузки от перекрытий, покрытий, стен и оборудования и передают их на фундамент. Колонна работает преимущественно на сжатие и представляет собой вертикальный стержень, закрепленный в фундаменте и связанный с балками и связями. Балка работает на изгиб и представляет собой горизонтальный элемент, опирающийся на колонны, стены или другие балки. Совместная работа колонн и балок образует пространственный каркас, который обеспечивает прочность, устойчивость и жесткость здания. Каркасная схема позволяет возводить здания любой этажности и конфигурации, а также создавать свободные планировки без внутренних несущих стен.
Колонны классифицируются по материалу, сечению и способу изготовления. Стальные колонны бывают сплошностенчатыми и сквозными. Сплошностенчатые колонны изготавливаются из широкополочных двутавров, сварных двутавров или труб. Сквозные колонны состоят из двух или более ветвей, соединенных планками или решеткой. По типу сечения различают колонны постоянного и переменного сечения, а также ступенчатые колонны для промышленных зданий с мостовыми кранами. Железобетонные колонны могут быть монолитными и сборными, с обычным и предварительно напряженным армированием. Выбор типа колонны определяется нагрузками, высотой здания, условиями эксплуатации и экономическими соображениями.
Балки классифицируются по способу опирания, материалу и конструкции. По способу опирания балки бывают разрезными, неразрезными и консольными. Разрезные балки просты в монтаже и расчете, но менее экономичны по расходу металла. Неразрезные балки перераспределяют усилия и позволяют уменьшить сечение, но сложнее в изготовлении и монтаже. Консольные балки применяются для свесов, балконов и козырьков. По материалу балки делятся на стальные, железобетонные, деревянные и комбинированные. Стальные балки изготавливаются из прокатных двутавров, швеллеров, труб или сварных составных сечений. Для больших пролетов применяются бистальные и предварительно напряженные балки.
Расчет колонн и балок выполняется по предельным состояниям. Для колонн проверяется прочность на сжатие, устойчивость относительно главных осей, гибкость и местная устойчивость элементов сечения. Для балок проверяется прочность на изгиб, касательные напряжения, прогиб и общая устойчивость. Соединения колонн с фундаментами, балками и связями рассчитываются на передачу усилий и обеспечивают шарнирное или жесткое сопряжение. В каркасном строительстве применяются болтовые и сварные соединения, а также фланцевые узлы для быстрого монтажа. Правильно запроектированные колонны и балки обеспечивают надежность, долговечность и экономичность каркасного здания.