Betonové konstrukce a mosty mají na Českém vysokém učení technickém (založeném roku 1707) dlouholetou tradici. Tato fakulta se dlouhodobě zaměřuje na komplexní problematiku navrhování konstrukcí budov a projektování objektů pozemních staveb, obytných, občanských, průmyslových a zemědělských. Cílem je dosahování vysoké kvality konstrukčního řešení z hlediska širokého spektra kritérií udržitelnosti, především prostřednictvím uplatnění progresivních technologií, nových materiálů a energeticky a materiálově efektivních řešení.
Historie betonových konstrukcí na ČVUT
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. Ten byl ve své době jeden z největších a nejlépe vybavených ústavů tohoto druhu ve střední Evropě.
Po první světové válce, v roce 1920, 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. Po roce 1989 katedra rozvíjí spolupráci se „západními“ zahraničními universitami, například 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 a výzkum materiálových modelů betonu. Katedru v této době vedl profesor Tomáš Vaněk a po něm profesor Vladimír Křístek. V roce 2006 byla Katedra betonových konstrukcí a mostů přejmenována na Katedru betonových a zděných konstrukcí.
Čtěte také: Stáhněte si skripta ke konstrukci z betonu
Současné katedry a zaměření výuky
Katedra konstrukcí pozemních staveb a Katedra betonových a zděných konstrukcí zajišťují výuku v oboru betonových a zděných konstrukcí bytových, občanských, průmyslových a inženýrských staveb a silničních a železničních mostů v bakalářských a magisterských programech. Zvláštní pozornost je věnována degradačním procesům, sanacím poruch, rekonstrukcím a modernizacím konstrukcí a budov. 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.
Výuka betonových konstrukcí
Katedra konstrukcí pozemních staveb nabízí přehled studijních programů a specializací, v rámci kterých jsou vyučovány předměty související s betonovými konstrukcemi. Tyto předměty jsou zařazeny do studijních plánů jako povinně volitelné předměty pro různé specializace stavebního inženýrství a stavitelství.
Předmět Betonové konstrukce 1
- Garant předmětu: doc. Ing. Iva Broukalová, Ph.D.
- 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.
- Hlavní probíraná témata zahrnují:
- Zatížení stavebních konstrukcí - terminologie, výpočet a přenos zatížení.
- Zásady navrhování nosných konstrukcí, princip mezních stavů (MSÚ, MSP), podmínky spolehlivosti.
- Druhy a základní vlastnosti betonu, principy působení železobetonu, historie betonových konstrukcí.
- Technologie betonu - složení, výroba, zkoušení, specifikace betonu.
- Výztuž betonových konstrukcí - druhy, vlastnosti, značení, soudržnost, krytí a kotvení výztuže.
- Chování ohýbaných prvků, napjatost, příčiny porušení, navrhování, konstrukční zásady.
- Moment únosnosti - jednostranně a oboustranně vyztužený průřez, T-průřez, obecný průřez.
- Typy porušení smykem, postup navrhování, smyková výztuž (svislé třmínky), konstrukční zásady.
- Vyztužování železobetonových desek a trámů, výkresy výztuže.
- Železobetonové sloupy a stěny, zásady navrhování, interakční diagram.
- Vyztužování železobetonových sloupů a stěn, vliv štíhlosti, ovinuté sloupy.
- Výkresy tvaru - zásady zakreslování.
- Mezní stav použitelnosti - podmínky spolehlivosti, zjednodušené metody, ohybová štíhlost.
- Doporučená literatura:
- [1] Hanzlová, H., Šmejkal, J.: Betonové a zděné konstrukce 1. Základy navrhování konstrukcí. Česká technika - nakladatelství ČVUT v Praze, 2018.
- [2] Bílý, P.: Příklady navrhování železobetonových konstrukcí podle druhé generace Eurokódů.
- [3] Nilson, A.H., Darwin, D., Dolan. C.W.: Design of concrete structures. 14th Edition in SI Units. McGraw Hill Higher Education, 2011.
- [4] Kohoutková, A., Procházka, J., Vašková, J.: Navrhování železobetonových konstrukcí. Příklady a postupy. Česká technika - nakladatelství ČVUT v Praze, 2021.
- [5] Procházka, J. a kol.: Navrhování betonových konstrukcí 1. Prvky z prostého a železového betonu. ČBS Servis, s.r.o., 2009.
- [6] eBeton - Specialista na beton [online]. EBETON.
Předmět Betonové konstrukce 3
- Garant předmětu: doc. Ing. Lukáš Vráblík, Ph.D., FEng.
- Předmět je zaměřen na praktické navrhování základních konstrukčních prvků betonových staveb, souvislosti navrhování a statického působení prvků s vyztužením a technologií výroby a prováděním konstrukcí. Jsou představeny principy návrhu konstrukčních prvků a konstrukcí s důrazem na zjednodušené metody navrhování. Předmět zahrnuje i nové poznatky v technologii betonů.
- Hlavní probíraná témata zahrnují:
- Navrhování a provádění betonových konstrukcí - metody navrhování.
- Vícepodlažní budovy - konstrukční řešení, ztužení objektu, konstrukční prvky.
- Stropní desky - obecné rozdělení, chování, analýza, vyztužení, konstrukční zásady, provádění.
- Lokálně podepřené stropní desky - klasifikace, chování, protlačení, vyztužení.
- Železobetonové rámy - klasifikace, idealizace konstrukce, zjednodušené postupy, vyztužování.
- Schodiště - druhy schodišť, terminologie, vliv technologie provádění a akustických požadavků na návrh, vyztužování.
- Základové konstrukce a prvky spodní stavby - klasifikace, navrhování a provádění, vyztužování.
- Předpjatý beton - princip působení, technologie výroby a provádění, principy navrhování.
- Mosty - úvod do navrhování mostů, klasifikace, terminologie.
- Zdivo - principy navrhování a provádění, terminologie. Způsoby namáhání, jejich vliv na navrhování.
- Analýza zděných konstrukcí. Zjednodušené metody. Vyztužování a zesilování zdiva.
- Speciální betony - vláknobetony, vysokohodnotné betony, udržitelný rozvoj, recyklace.
- Doporučená literatura:
- [1] Procházka, Šmejkal: Betonové stropní a schodišťové konstrukce. Nakladatelství ČVUT.
- [2] Procházka, Šmejkal: Betonové základové a opěrné konstrukce. Nakladatelství ČVUT.
- [3] Procházka, Šmejkal: Betonové vícepodlažní a halové konstrukce. Nakladatelství ČVUT.
- [4] Košatka: Zděné konstrukce 1. Nakladatelství ČVUT 2010.
- [5] Foglar: Betonové konstrukce 3. Navrhování betonových konstrukcí na MSP. Úvod do předpjatého betonu. Nakladatelství ČVUT 2012.
Moderní betonové technologie a speciální betony
V rámci výuky jsou podrobně probírány různé druhy moderních betonů, jejich vlastnosti a aplikace v praxi. Důraz je kladen na souvislosti příčina - následek a na ukázky konkrétních realizací. Studenti se seznamují s materiálem z pohledu architekta, projektanta, výrobce, zhotovitele a ceny. Pro lepší pochopení jsou pořádány komentované prohlídky betonáren a objektů.
Mezi speciální betony a moderní technologie patří:
- Vysokopevnostní betony: betony s vysokou pevností v tlaku.
- Vláknobetony: betony s přídavkem ocelových nebo polymerních vláken pro zvýšení houževnatosti a tahové pevnosti.
- Samozhutnitelné betony: betony schopné vyplnit bednění vlastní vahou bez potřeby vnějšího hutnění.
- Stříkané betony: betony aplikované stříkáním, často používané pro sanace a tunelové ostění.
- Lehké betony: betony se sníženou objemovou hmotností, často s použitím lehkého kameniva.
- Těžké betony: betony se zvýšenou objemovou hmotností, například pro radiační stínění.
- Beton z recyklovaného kameniva: využití recyklovaných materiálů pro udržitelný rozvoj.
- UHPC (Ultra High Performance Concrete): betony s extrémní pevností a trvanlivostí.
- Pohledové betony: betony s důrazem na estetický vzhled, zahrnující probarvené, broušené, s otiskem bednění nebo grafické betony.
- Beton pro podlahy: specifické betony a postupy provádění podlahových konstrukcí.
- Beton pro 3D tisk: moderní možnosti a aplikace betonu v aditivní výrobě.
Zvláštní pozornost je věnována ošetřování betonu, vlivu klimatických podmínek a trvanlivosti betonu v agresivním prostředí (karbonatace, mráz a rozmrazování, chemická agresivita, alkalicko-křemičitá reakce) a při zatížení požárem.
Čtěte také: Beton a zdivo: Klíčové vlastnosti
Pro ilustraci moderních aplikací jsou uváděny konkrétní realizace:
- Rekonstrukce Barrandovského mostu s využitím UHPC.
- Dvortecký most a Nádraží Praha-Bubny, kde byl použit pohledový a bílý beton.
Tabulka: Přehled moderních typů betonů a jejich aplikací
| Druh betonu | Vlastnosti a složení | Výhody a aplikace |
|---|---|---|
| Vysokopevnostní betony | Vysoká pevnost v tlaku, často s nízkým vodním součinitelem | Konstrukce s velkým zatížením, štíhlé prvky, dlouhá životnost |
| Vláknobetony (drátkobetony, polymerbetony) | Obsahují ocelová nebo polymerní vlákna | Zvýšená houževnatost, odolnost proti trhlinám, zlepšená pevnost v tahu |
| Samozhutnitelné betony (SCC) | Vysoká tekutost, vyplňuje bednění bez vibrací | Rychlejší provádění, lepší povrch, složité tvary, husté vyztužení |
| Stříkané betony | Aplikace stříkáním na podklad | Sanace, stabilizace svahů, tunelové ostění, rychlé provedení |
| Lehké betony | Nízká objemová hmotnost (lehké kamenivo) | Snížení hmotnosti konstrukcí, lepší tepelně izolační vlastnosti |
| Těžké betony | Vysoká objemová hmotnost (těžké kamenivo) | Radiační stínění, protizávaží |
| UHPC (Ultra High Performance Concrete) | Extrémní pevnost, hustá matrice, vlákna | Vysoce namáhané konstrukce, mosty, dlouhá životnost, tenké prvky |
| Pohledové betony | Esteticky upravený povrch (probarvení, broušení, otisk bednění) | Architektonické prvky, fasády, interiéry, mosty (např. Dvortecký most) |
| Beton z recyklovaného kameniva | Obsahuje recyklované kamenivo z demolic | Udržitelnost, snížení ekologické stopy, využití odpadu |
| Betony pro 3D tisk | Speciální reologické vlastnosti pro tisk | Inovativní stavební metody, složité geometrie, rychlá výstavba |
Významné projekty a ocenění
Katedra a její zaměstnanci se aktivně podílejí na výzkumu a vývoji, což se projevuje v účasti na mezinárodních soutěžích a získávání ocenění za odborné publikace.
Třetí život domu FIRSTLIFE
Tým ČVUT se úspěšně účastnil mezinárodní studentské soutěže Solar Decathlon Europe 21-22. Finále se konalo ve Wuppertalu, kde bylo postaveno celkem 16 funkčních soutěžních ukázek domů, následně hodnocených odbornými porotami. Dům ČVUT byl spolu s dalšími sedmi vybrán pořadateli do navazující Living Lab NRW (živé laboratoře) na dobu čtyř let. Díky tomu tam mohla probíhat měření skutečných vlastností, experimenty a různé akce pro odbornou i laickou veřejnost. Ke konci tohoto období bylo rozhodnuto o dalším využití domu ČVUT. Byl předán městem zřízené neprofitní organizaci, která pro rok 2031 připravuje velkou výstavu, spojenou s výstavbou nové rezidenční čtvrti. Náš dům má sloužit jako kancelář během přípravy výstavy a pak jako informační stánek. V průběhu druhého pololetí roku musí být kvalifikovaně rozebrán, znovu sestaven na novém místě a také v mezičase získat německé stavební povolení, což představuje velkou výzvu pro třetí život domu FIRSTLIFE.
Ocenění pro publikaci Obnova, sanace a rekonstrukce historických staveb
Ojedinělá dvousvazková publikace "Obnova, sanace a rekonstrukce historických staveb" autorského týmu zaměstnanců Fakulty stavební ČVUT v Praze pod vedením prof. Jiřího Witzanyho získala v soutěži Cen nakladatelství ACADEMIA cenu poroty za rok 2024. Publikace je zaměřena na komplexní problematiku historických a památkově chráněných staveb, konkrétně zděných, dřevěných, betonových a ocelových konstrukcí realizovaných do první poloviny 20. století. V celkem 22 kapitolách se po úvodním představení problematiky čtenář seznámí s typickými vadami, poruchami a následnými možnostmi obnovy a sanace jednotlivých historických konstrukcí a materiálů. Těžiště knihy spočívá v analytickém přístupu k této problematice a opírá se o řadu zkoušek, numerických analýz a rozborů.
Čtěte také: Postup výstavby monolitických konstrukcí
tags: #betonove #konstrukce #03 #fsv #informace