Katedra navrhování nosných konstrukcí z betonu na FSv ČVUT: Komplexní přehled

Katedra betonových a zděných konstrukcí Fakulty stavební ČVUT (FSv ČVUT) se dlouhodobě věnuje výzkumu a vývoji v oblasti betonových a zděných konstrukcí. Katedra zajišťuje výuku v oboru betonových a zděných konstrukcí bytových, občanských, průmyslových a inženýrských staveb a silničních a železničních mostů v bakalářských a magisterských programech.

Historie a tradice

Betonové konstrukce a mosty mají na Českém vysokém učení technickém (založeném roku 1707) dlouholetou tradici. V roce 1909 byl František Klokner (1872 - 1960), tehdy profesor průmyslové školy v Plzni, jmenován profesorem statiky stavebních konstrukcí, staveb ze železového betonu a železových staveb pozemních na c.k. České vysoké škole Technické v Praze. Profesor Klokner správně rozpoznal, že výzkum v oboru železobetonových konstrukcí nelze zakládat jen na teoretických úvahách nýbrž, že je nutné tyto úvahy doplnit experimentálním výzkumem a zkouškami. Proto v roce 1920 založil Výzkumný a zkušební ústav hmot a konstrukcí stavebních (dnešní Kloknerův ústav ČVUT v Praze).

V roce 1920, po první světové válce, došlo ve škole k organizačním změnám. Škola dostala dodnes užívaný název České vysoké učení technické a zahrnovala sedm fakult. Problematika betonových konstrukcí a mostů byla v té době vyučována jednak na Vysoké škole inženýrského stavitelství (VŠIS), kde se jí, na Ústavu statiky stavebních konstrukcí a železobetonových a železných staveb pozemních, zabývali profesoři František Klokner, Stanislav Bechyně a Bedřich Hacar, a jednak na Vysoké škole pozemního stavitelství (VŠPS), kde ji, na Ústavu stavební mechaniky a železobetonových konstrukcí, vyučoval profesor Rudolf Kukač.

Během druhé světové války bylo České vysoké učení technické, stejně jako ostatní vysoké školy v Českých zemích, uzavřeno. V poválečných letech prošlo České vysoké učení technické dalšími významnými organizačními změnami. Vysoká škola inženýrského stavitelství byla přejmenována na Fakultu inženýrského stavitelství (FIS) a Vysoká škola pozemního stavitelství na Fakultu architektury a pozemního stavitelství (FAPS), jednotlivé ústavy byly přejmenovány na katedry. Na směru inženýrského stavitelství působili v té době jako vedoucí Katedry stavitelství mostů kamenných a betonových a konstrukcí železobetonových profesoři Stanislav Bechyně, Bedřich Hacar, po krátkou dobu též Stanislav Smitka. Na směru pozemního stavitelství působil, na Katedře stavební mechaniky a železobetonových konstrukcí, profesor Rudolf Kukač.

V roce 1960 vznikla sloučením Fakulty inženýrského stavitelství a Fakulty architektury a pozemního stavitelství Fakulta stavební. Sloučením jednotlivých kateder zabývajících se výzkumem a výukou betonových staveb vznikla Katedra betonových konstrukcí a mostů a jejím vedoucím se stal docent Jan Paul. Na katedře pak postupně působili jako vedoucí profesor Antonín Jílek, profesor Jiří Klimeš a profesor Lubor Janda. Katedra navázala a dále rozvíjela práci obou původních kateder. Mimo jiné zpracovávala typizaci předpjatých železničních nosníků, podílela se na přesunu kostela v Mostě a získala ocenění za návrh televizního vysílače na Bukové hoře. Na poli experimentálního výzkumu katedra úzce spolupracovala s jinými výzkumnými ústavy a projektovými kancelářemi. Po roce 1989 katedra rozvíjí spolupráci se „západními“ zahraničními universitami, např. s University of Cardiff na poli výzkumu zatížitelnosti klenbových konstrukcí nebo s polytechnikou ve Varšavě na poli výzkumu dotvarování betonu. S rozvojem výpočetní techniky se na katedře rozvíjí i modelování betonových konstrukcí (program Lomenice profesora Křístka, spolupráce na vývoji programového balíku FEAT) a výzkum materiálových modelů betonu. Katedru v této době vedl profesor Tomáš Vaněk a po něm profesor Vladimír Křístek.

Čtěte také: O katedře ocelových a dřevěných konstrukcí

V roce 2006 byla Katedra betonových konstrukcí a mostů přejmenována na Katedru betonových a zděných konstrukcí. Pracovníci katedry se zabývají teoretickým a experimentálním výzkumem v oblasti ověřování chování betonových a zděných konstrukcí, výzkumem kompozitních materiálů na bázi cementu, vláknobetonů, vlastností betonu v raném stádiu, vyztuženého zdiva a předpjatých betonových konstrukcí, navrhování na účinky požáru a aplikacemi výsledků výzkumu v metodách praktického navrhování.

Výzkumné zaměření katedry

Výzkumné projekty katedry jsou zaměřeny na širokou škálu témat, od teoretického modelování po experimentální ověřování vlastností materiálů a konstrukcí. Zde jsou klíčové oblasti:

Optimalizace a udržitelnost

Cílem navrhovaného projektu je analyzovat komplexní úlohu optimalizovaného návrhu nosné konstrukce z hlediska jejího životního cyklu (LCA) při plně stochastickém přístupu ke vstupním veličinám a v návaznosti na výsledky předcházejícího výzkumu, postupně se soustředit na optimalizaci průřezů a prvků konstrukce z hlediska jednotlivých typů namáhání ve smyslu navrhování dle EC2, dále složitějších konstrukčních prvků (kombinace namáhání a více mezních stavů) a následně na optimalizaci soustav prvků stavebních konstrukcí v návaznosti na dosavadní zkušenosti s optimalizací klíčových konstrukčních prvků. V rámci projektu vzniká nástroj pro hodnocení LCA, řešena je problematika získávání vstupních dat a principu hodnocení betonových konstrukcí. Metodika byla ověřena při optimalizaci návrhu a ověřovací výrobě železobetonových stropních panelů s instalačními vložkami z recyklovaného směsného plastu. Rostoucí poptávka po snižování spotřeby primárních surovin, stavebního odpadu a negativních dopadů stavebnictví na životní prostředí klade nové nároky na udržitelné přístupy.

Využití recyklovaných a sekundárních materiálů

V současnosti se klade stále větší důraz na udržitelnost materiálů. Projekt se zaměřuje na prozkoumání potenciálu využití viskózových vláken v betonu.

Trvanlivost a karbonatace betonu

Autonomní zacelování trhlin v betonu pomocí biokalcifikace se v posledních dvou desetiletích stalo terčem zájmu. Projekt se zaměřuje na různé metody analýzy deskových materiálů na bázi sádry po vystavení požáru pro zhodnocení působení tepelného namáhání, kterému byly desky vystaveny a návaznosti na možné určení ohniska požáru.

Čtěte také: Seznamte se s Katedrou konstrukcí pozemních staveb

Výzkum v oblasti požární odolnosti

Pro požární bezpečnost konstrukcí je to nelehký úkol. Znamená to zefektivnit opatření, která jsou pro zachování pevnosti a stability konstrukce při požáru nutná zrealizovat.

Další výzkumné aktivity

• Autonomní zacelování trhlin v betonu pomocí biokalcifikace.
• Zkoumání a vývoj metod pro návrh a testování betonu vystaveného specifickým podmínkám v jaderných zařízeních.
• Analýza mechanismů šíření škodlivin v prostředí staveb s důrazem na vliv vzduchotechnických systémů a dynamiky vnitřního proudění vzduchu v pobytových místnostech.

Předměty výuky

Katedra zajišťuje výuku v oboru betonových a zděných konstrukcí bytových, občanských, průmyslových a inženýrských staveb a silničních a železničních mostů v bakalářských a magisterských programech.

Výuka navazuje na úvodní odborné předměty programu Stavební inženýrství (Stavební mechanika, Pružnost a pevnost, Stavební hmoty, Pozemní stavby). Účast na přednáškách je doporučená a požadována je 70 - 80% účast.

Základy navrhování nosných betonových konstrukcí

Obsahem předmětu jsou základy navrhování nosných betonových konstrukcí se zaměřením na provádění staveb a metodika navrhování podle platných norem včetně stanovení účinků zatížení. Probírány jsou vlastnosti betonu, technologie výroby betonu a jeho zkoušení, vlastnosti betonářské výztuže a její spolupůsobení s betonem. Stěžejní částí výuky je navrhování a vyztužování železobetonových konstrukcí pro základní typy namáhání (ohyb, smyk, tlak s ohybem) a úvod do problematiky mezních stavů použitelnosti.

Tematické okruhy

1. Zatížení stavebních konstrukcí - terminologie, výpočet a přenos zatížení
2. Zásady navrhování nosných konstrukcí, princip mezních stavů (MSÚ, MSP), podmínky spolehlivosti
3. Druhy a základní vlastnosti betonu, principy působení železobetonu. Betonové konstrukce. Historie
4. Technologie betonu - složení, výroba, zkoušení. Specifikace betonu
5. Výztuž betonových konstrukcí - druhy, vlastnosti, značení. Soudržnost, krytí a kotvení výztuže
6. Chování ohýbaných prvků, napjatost, příčiny porušení, navrhování, konstrukční zásady
7. Moment únosnosti - jednostranně a oboustranně vyztužený průřez, T-průřez, obecný průřez
8. Typy porušení smykem, postup navrhování, smyková výztuž (svislé třmínky), konstrukční zásady
9. Vyztužování železobetonových desek a trámů, výkresy výztuže
10. Železobetonové sloupy a stěny, zásady navrhování, interakční diagram
11. Vyztužování železobetonových sloupů a stěn, vliv štíhlosti, ovinuté sloupy
12. Výkresy tvaru - zásady zakreslování
13. Mezní stav použitelnosti - podmínky spolehlivosti, zjednodušené metody, ohybová štíhlost

Navrhování ocelových a dřevěných nosných konstrukcí

Obsahem předmětu jsou základy navrhování ocelových a dřevěných nosných konstrukcí, metodika navrhování podle platných norem včetně stanovení účinků zatížení, odlišnosti návrhu vzhledem ke specifickým vlastnostem jednotlivých materiálů.

Čtěte také: jak funguje Katedra technologických zařízení staveb

Tematické okruhy

1. Historie ocelových konstrukcí (OK) a příklady použití OK ve stavebnictví.
2. Výroba oceli, vlastnosti a zkoušení oceli, výrobky pro ocelové konstrukce, technologie výroby a ochrana OK z hlediska koroze a požáru.
3. Návrh prvků OK a spřažených ocelobetonových konstrukcí pro základní případy namáhání, spolu s navrhováním šroubových a svarových spojů.
4. Zásady navrhování dřevěných konstrukcí.

Předmět zahrnuje následující detailní okruhy:

1. Historie, unikátní stavby, výroba oceli.
2. Struktura a vlastnosti oceli, druhy ocelí.
3. Výroba a montáž, navrhování OK.
4. Tažené a tlačené pruty, stabilita prutů.
5. Ohýbané nosníky.
6. Příhradové nosníky, kombinace namáhání.
7. Šroubované spoje.
8. Svařované spoje.
9. Spřažené ocelobetonové nosníky.
10. Ochrana OK proti korozi a proti požáru.
11. Dřevo, materiálové vlastnosti.
12. Navrhování dřevěných konstrukcí, konstrukce ze dřeva.
13. Videa o výrobě a chování konstrukcí, rezerva.

Dotvarování a smršťování betonu

Předmět se zabývá dotvarováním a smršťováním betonu - vlivy, projevy, nárůst deformací a redistribuce vnitřních sil, modely vývoje, praktická doporučení pro omezení nepříznivých projevů, řešení vlivů na konstrukce vysokých budov. Obsahuje také stabilitní problémy souvisící s dotvarováním betonu a nejistotu predikce dotvarování, proměnnost napětí a deformací, konstrukce měnící statický systém a jevy druhého řádu. Dále se věnuje časovému vývoji vlhkosti a teploty v betonových prvcích, výpočtům přenosu vlhkosti a tepla, napjatosti komorových nosníků, nadměrným průhybům předpjatých komorových mostů, metodám nelineární analýzy betonových konstrukcí. Zahrnuje také tenkostěnné konstrukce - metody analýzy: teorie tenkostěnných prutů, teorie lomenic, metoda konečných prvků, metoda konečných pásů, skořepiny, smykové deformace a ochabnutí smykem v tenkostěnných soustavách a průhyby betonových konstrukcí.

Doporučená literatura

Literatura pro betonové konstrukce

• [1] Hanzlová, H., Šmejkal, J.: Betonové a zděné konstrukce 1. Základy navrhování konstrukcí. Česká technika - nakladatelství ČVUT v Praze, 2018. ISBN 978-80-01-06508-2.
• [2] Bílý, P.: Příklady navrhování železobetonových konstrukcí podle druhé generace Eurokódů. ISBN 978-80-11-04475-6.
• [3] Nilson, A.H., Darwin, D., Dolan. C.W.: Design of concrete structures. 14th Edition in SI Units. McGraw Hill Higher Education, 2011. ISBN 978-007-131139-7.
• [4] Kohoutková, A., Procházka, J., Vašková, J.: Navrhování železobetonových konstrukcí. Příklady a postupy. Česká technika - nakladatelství ČVUT v Praze, 2021. ISBN 978-80-01-06916-5.
• [5] Procházka, J. a kol.: Navrhování betonových konstrukcí 1. Prvky z prostého a železového betonu. ČBS Servis, s.r.o., 2009. ISBN 978-80-903807-5-2.
• [6] eBeton - Specialista na beton [online]. EBETON.

Literatura pro ocelové a dřevěné konstrukce

• [1] Studnička: Navrhování nosných konstrukcí - ocelové konstrukce. ČVUT v Praze, 2017. (ISBN: 978-80-01-05490-1)
• [2] Studnička: Ocelové konstrukce : normy. ČVUT v Praze, 2. vyd, 2014. (ISBN: 978-80-01-05489-5)
• [3] Trahair, Bradford, Nethercot, Gardner: The behaviour and design of steel structures to EC3. Taylor & Francis, 2008, 490 s. (ISBN: 978-0-415-41865-2)
• [4] Sokol, Wald: Ocelové konstrukce: tabulky. ČVUT v Praze, 3. vyd, 2016. (ISBN: 978-80-01-06032-2)
• [5] Eliášová, Sokol: Ocelové konstrukce 1: příklady. ČVUT v Praze, 3. vyd, 2013. (ISBN: 978-80-01-05214-3)

Studijní plány

Předměty katedry jsou zařazeny do široké škály studijních plánů na Fakultě stavební ČVUT. Některé z nich zahrnují:

Garant předmětu

Garantem předmětu je prof. Ing. doc. Ing. Iva Broukalová, Ph.D.

tags: #katedra #navrhovani #nosnych #konstrukci #z #betonu

Oblíbené příspěvky:

• Metody spojování pracovních desek
• Prozkoumejte detaily Weberpas Marmolit Střednězrnný
• Jak vybrat ten správný kamenný obklad pro vaši fasádu?
• Využití ztraceného bednění v praxi
• Heluz, Porotherm nebo Ytong: který materiál vybrat pro stavbu?