Vědeckovýzkumná činnost katedry se soustřeďuje v teoretickém a experimentálním výzkumu v oboru pozemních staveb a zahrnuje následující aktivity: udržitelná výstavba budov, energeticky a materiálově efektivní konstrukce budov, integrované navrhování, hodnocení komplexní kvality budov, konstrukčně statická problematika navrhování stavebních systémů a konstrukcí vícepodlažních a halových budov, výplňové a kompletační konstrukce budov, interakce nosných a kompletačních subsystémů a její vliv na dlouhodobou trvanlivost konstrukcí.
Součástí je i stavebně fyzikální problematika (tepelná technika, akustika, osvětlení), využití nových materiálů a technologií pro zvýšení kvality vnitřního prostředí a pro úspory energetických zdrojů, radonové mikroklima a technicko-fyzikální analýza staveb. Dále se zkoumá nesilové zatěžovací účinky a vlivy, životnost staveb a jejich rekonstrukce, diagnostika vad a poruch degradace konstrukcí a materiálů, mikrobiologie materiálů a vlivy vlhkosti, sanace poruch a rekonstrukce zděných, betonových, ocelových a dřevěných staveb, regenerace panelových domů. V rámci výzkumu se také sleduje využití vysokohodnotných, nízkoenergetických, alternativních přírodních a recyklovaných materiálů v konstrukcích budov a využití nanotextilií v difuzně otevřených konstrukcích budov.
Experimentální možnosti a spolupráce
V lednu 2006 byl na Fakultě stavební ČVUT v Praze zahájen provoz experimentální fasádní a střešní FV instalace o jmenovitém instalovaném výkonu 41 kWp. Systém je vybaven podrobným měřením provozních charakteristik a okrajových klimatických podmínek. Více na fotovoltaika.fsv.cvut.cz. Katedra velmi intenzivně spolupracuje s Univerzitním centrem energeticky efektivních budov (UCEEB) v Buštěhradě, kde pracovníci katedry tvoří podstatnou část týmu RP1 Architektura a interakce se životním prostředím. Katedra má tak možnost realizovat experimenty na špičkovém zařízení v oblasti stavební fyziky, v laboratoři kompozitních materiálů a dalších.
V případě zájmu o jiné téma související s výzkumnými aktivitami na katedře KPS kontaktujte prosím vedoucího katedry. Soubory ke stažení (nevěřejné) poskytují doplňující materiály k jednotlivým kurzům a tématům, včetně předmětu Nesilové zatížení stavebních konstrukcí a jeho rozšiřujících verzí.
Klíčové kurzy a učební cíle
Rozvoj materiálové základny stavebnictví vyžaduje rozvoj stavební fyziky. Novodobé konstrukce vyžadují posuzovat problémy stavební fyziky i z hlediska vzájemného spolupůsobení na konstrukční detail. To vyžaduje integraci ostatních oborů: stavebních hmot, stavební mechaniky, stavební fyziky, která vyústí v technicko-fyzikální analýzu. Účinky nesilových vlivů na stavební hmoty zahrnují vliv teploty, vlhkosti, smršťování.
Ústav pozemního stavitelství (PST) zajišťuje pedagogickou odbornou bázi a vyučuje předměty zaměřené na hodnocení chování stavebních materiálů a konstrukcí vlivem nesilových fyzikálních účinků zatížení, nestacionárních tepelně-vlhkostních stavů a reologických vlastností materiálů. Učební cíle zahrnují posuzování nestatických zatížení v důsledku změn teploty a vlhkosti a analýzu vad stavebních konstrukcí způsobených nesilovými vlivy zatížení.
Modul technicko fyzikální analýzy
Osnovy výuky zahrnují: úvod do konstrukční fyziky a technicko fyzikální analýzy budov, vnější klimatická zatížení a provozní účinky zatížení v budovách, chování stavebních hmot a konstrukcí vlivem nesilových fyzikálních účinků, chování stavebních materiálů při působení tepelně-vlhkostních stavů, reologické vlastnosti materiálů a jejich degradace, modely hmot a jejich struktur užívaných v materiálovém inženýrství, vytváření modelů chování prvků konstrukcí, vazby a citlivost konstrukcí na okrajové podmínky teplotního a vlhkostního pole, klasifikace konstrukcí a výpočtové modely, stanovení nesilových účinků zatížení způsobených teplotními změnami a nestacionárními vlhkostními změnami, analýza vad a technologické aspekty poruch.
Učební cíle zahrnují seznámení studentů s hodnocením a posuzováním konstrukcí při uvažování nestacionárních tepelně-vlhkostních stavů a reologických vlastností, které jsou příčinou nesilových zatížení v konstrukcích. Naše společnost se zabývá projektováním a přípravou staveb od koncepčních studií po výrobní dokumentaci, posudky a výpočty, statickými audity, inženýrskou činností a autorskými dozory. Firma byla založena v roce 1991 a vyprofilovala se v moderní projekční kancelář s důrazem na kvalitu a prediktivní inženýrství.
Metody a nástroje v technicko-fyzikální analýze
Metoda konečných prvků je standardní součástí návrhu, od kterého se odvíjí jeho ověření i optimalizace. S pomocí řešení stability, lineární, modální, nelineární geometrické, materiálové i kontaktní analýzy, návrhem předpětí, použitím super elementů či aplikací polotuhých styčníků, se hledají úspory v technickém řešení při zachování vysoké míry bezpečnosti a spolehlivosti. Velké úlohy jsou řešeny numerickou analýzou v programu NASTRAN. Numerická analýza se netýká jen stavebních konstrukcí, ale je často orientována i do strojní a technologické části projektů.
Při návrhu se uplatňují znalosti s řešením velkých úloh s komplikovanými okrajovými podmínkami. Vycházíme z bohatých praktických i teoretických zkušeností ze statiky a dynamiky stavebních konstrukcí, ze znalosti programů i častých chyb, které se vyskytují při jejich užití. Používáme moderní postupy prediktivního inženýrství. Součástí je kontrola úplnosti podle vyhlášky a souladu s ČSN EN. Současné zpracování výrobní a realizační dokumentace nám umožňuje urychlit fázi projektování běžných konstrukcí a ovlivnit detaily u architektonicky náročných konstrukcí tak, aby vyhovovaly nárokům.
Z hlediska praktické realizace zahrnujeme zpracování výrobních dokumentací v programech Tekla Structures, Solid Works, Solid Edge a dalších objemových modelářích. Po převodu dat je možnost prostorové kontroly konstrukcí s technologickými částmi projektů. Součástí portfolia je technická dokumentace pro technologické a průmyslové konstrukce (skříňové filtry, sila, zásobníky, výsypky, spalinovody, potrubní a kabelové mosty, frémy a podpory technologických zařízení).
Dodržujeme platné normy a vyhlášky, včetně zákonů a norem ČSN, EN, které se týkají stavebnictví a dokumentace. Doplňkové zdroje zahrnují i literaturu o osvětlení denním světlem, stavební fyzice a nízkoenergetických konstrukcích, která podporuje teorii a praxi v oboru.
Praktické implikace a výstupy výzkumu
Technicko fyzikální analýza umožňuje posuzovat chování konstrukcí při nestabilních podmínkách, jako jsou nestacionární teplotně vlhkostní stavy a změny v reakcích materiálů na zatížení. Integrace materiálů, mechaniky a fyziky vede k lepším návrhům a k předpovědi degradace, což je klíčové pro dlouhodobou trvanlivost a energetickou efektivitu budov.
Vysoký důraz na diagnostiku vad a poruch spolu s možností rekonstrukce stávajících konstrukcí je důležitý pro regeneraci panelových domů a pro rekonstrukce zděných, betonových, ocelových a dřevěných staveb. Cílem je minimalizovat energetické ztráty a zlepšit vnitřní prostředí.
V budoucnu se očekává rozšíření použití nanotextilií v difuzně otevřených konstrukcích a propojování tradicionalních a moderních materiálů s cílem zvýšit kvalitu vnitřního prostředí a snížit energetickou náročnost. Zprůběhu výzkumu a praktických zkušeností plyne, že technicko-fyzikální analýzy budou nadále klíčovým prvkem při navrhování a rekonstrukci staveb.
- Úvod do konstrukční fyziky a technicko fyzikální analýzy budov.
- Vnější klimatická zatížení a provozní účinky zatížení v budovách.
- Chování stavebních hmot a konstrukcí vlivem nesilových fyzikálních účinků.
- Chování materiálů při tepelně vlhkostních stavech a reologické změny.
- Modely a simulace chování prvků konstrukcí.
- Vazby a citlivost na okrajové podmínky teplotního a vlhkostního pole.
- Nesilové účinky zatížení a jejich vliv na nestacionární změny.
- Analýza vad a technologické aspekty poruch.
- Praktické postupy a prediktivní inženýrství v projektech.
Podpůrné údaje a literaturní zázemí
Použité zdroje zahrnují standardní učebnice a publikace o stavební fyzice, tepelném hospodaření budov, osvětlení a nízkoenergetických domech. Příkladem jsou publikace o osvětlení denním světlem a další relevantní dokumenty, které podporují teoretické i praktické aspekty analýzy staveb.