Možnosti a perspektivy v oboru ocelových konstrukcí ve stavebnictví i energetice

„Konference s téměř třicetiletou tradicí dlouhodobě představuje jedno z klíčových setkání odborníků v oblasti ocelových konstrukcí v Česku. Její síla spočívá v zaměření na témata, která nejsou pouze teoretická, ale mají přímý dopad na návrh, realizaci i dlouhodobé fungování staveb. Proto se letošní program věnuje otázkám, jež odborná praxe aktuálně řeší,“ zaznělo v úvodu konference rozdělené na tři obsáhlé tematické bloky: První blok se týkal specifik projektování, domácích i evropských norem a využití software; druhý blok mapoval povrchovou a požární ochranu ocelových konstrukcí a třetí blok sledoval využití ocelových konstrukcí v energetice a vodohospodářských stavbách – tedy tam, kde jsou vystaveny náročným a specifickým provozním podmínkám. Ve všech případech jsou ale na ocelové konstrukce kladeny stále vyšší nároky na přesnost výroby, na jejich návrh, montážní postup, odolnost i následnou údržbu.

Specifické nároky konstrukcí podle norem a způsobu provedení

Velký prostor je na konferenci každoročně věnován změnám v tuzemských normách a Eurokódech. Souvisejí s novými požadavky na navrhování a otevírají celou řadu otázek, jež musí projektanti a statici řešit. Tématu se věnovalo několik přednášek s následnými diskusemi nejenom o samotných změnách, ale především o reálných dopadech v konkrétních situacích. Příspěvek s názvem Návrh za studena tvarovaných ocelových prvků podle druhé generace Eurokódu od profesora Michala Jandery a inženýrky Dominiky Machačové z ČVUT Praha řešil právě takovýto případ. Pokusil se shrnout hlavní změny revize normy EN 1993-1-3:2024, jejímž cílem byla především redukce alternativních postupů a zpřehlednění daných pravidel. Norma byla přijata a publikována CEN v roce 2024 a v ČR nabývá účinnosti od října 2027, přičemž současná verze bude platná až do konce března 2028 [1].

„Revize EN 1993-1-3 představuje převážně konsolidační krok, který projekční praxi přináší spíše drobné doplnění stávajících postupů a doplnění konstrukčních zásad dříve rozptýlených v prováděcích předpisech. Z hlediska návrhu jsou nejvýznamnějšími změnami upřesnění možností pro globální analýzu u méně štíhlých průřezů třídy 4 a nový, méně konzervativní, avšak výpočetně náročnější postup posouzení interakce tlaku s ohybem. Pro momentové překrytí trapézových plechů norma uvádí základní pravidla, avšak pouze pro omezené parametry a bez širší veřejně dostupné opory v datech,“ uvedl profesor Jandera s tím, že se na FSv ČVUT vytvoří experimentální a numerická studie pro pochopení citlivosti na délku překrytí a parametry spoje.

Na problematiku návrhu podle druhé generace Eurokódu pak navázali zástupci Kloknerova ústavu ČVUT Praha docent Miroslav Sýkora a docentka Jana Marková. Ve své přednášce se věnovali zásadám navrhování, zatížení sněhem a možnostem pokročilého modelování. Podle těchto informací byly v letošním roce Eurokódy řad EN 1990 a EN 1991 doplněny o některé dosud chybějící pokyny, jsou lépe vysvětleny a došlo zde k řadě dílčích úprav a zjednodušení.

„Jsou připraveny EN 1991-1-4, EN 1991-1-8, EN 1991-3 a EN 1991-4. Ostatní dokumenty jsou již vyhotoveny a zahájily se jejich překlady a tvorba národních příloh. Důležité bude připravit nové klimatické mapy pro zatížení sněhem, větrem, teplotou a námrazou s využitím nových dat z posledních dvou desetiletí klimatických měření. Nicméně ani druhá generace Eurokódů pro zatížení nezahrnuje úplně všechny návrhové situace pro různé typy konstrukcí; k některým bude nezbytné přistupovat individuálně a potřebná bude i konzultace specializovaného pracoviště,“ uvedla docentka Marková s odkazem na podrobnější informace v článku na TZB-info [2].

První blok konference obsahoval také přednášky, které se týkaly aplikace BIM pro ocelové konstrukce (Allplan Slovensko) či pokročilé modelování z pohledu statiků (Dlubal Software). Součástí byly rovněž prezentace diplomových prací studentů technických univerzit, které nabízely aktuální pohled na řešení konstrukčních úloh a ukázaly, jakým směrem se obor může dále vyvíjet. Z přednášek je patrné, že práce statika se v posledních letech výrazně proměňuje, stejně jako se mění softwarové nástroje a možnosti; nicméně velká část pracovního času statiků stále plyne opakovanými rutinními úkony – ručním zadáváním parametrů, přenosem dat mezi aplikacemi nebo hledáním v normách.

„Digitální transformace stavebního inženýrství přináší funkční řešení, která tuto situaci mění. Moderního statika si lze představit ve dvou rolích, které se doplňují. Jako analytik rozumí konstrukčnímu chování, ověřuje výsledky MKP inženýrským úsudkem a zodpovídá za bezpečnost a správnost návrhu. To umělá inteligence nenahradí. Jako operátor pak píše Python skripty připravující model za minuty místo hodin, propojuje RFEM 6 s externími daty a využívá AI jako aktivního spolupracovníka při iteracích a optimalizaci. Právě toto propojení obou rolí je podstatou statiky zítřka,“ uvedl ve svém příspěvku inženýr Jaroslav Brož.

Odolnost ocelových konstrukcí, jejich povrchová a požární ochrana

Informačně nabitý byl také druhý blok konference. Zde je třeba vyzdvihnout příspěvky z UCEEB ČVUT v Praze, které se týkaly stabilizace ocelových lan za běžných teplot a při požáru a požární odolnosti litinových sloupů s reaktivními nátěry u historických konstrukcí. Na několika příkladech doktor Jakub Šejna ukázal, že historické konstrukce si zaslouží stejnou technickou pozornost jako moderní stavby.

„U litinových sloupů je často zásadní správně pochopit jejich skutečné chování při požáru a nespoléhat pouze na zjednodušené předpoklady. Právě kombinace experimentálních poznatků, numerického modelování a znalosti historických materiálů umožňuje navrhovat citlivější a přesnější řešení rekonstrukcí. Je potřeba vnímat širší souvislosti a upozornit na řadu faktorů, které mohou mít zásadní vliv na výsledné posouzení i návrh ochranných opatření. Snažím se proto své přednášky stavět na reálných příkladech z vlastní expertízy, kde lze dobře ukázat nejen samotný technický postup, ale také úskalí, na než je třeba dávat při návrhu a posuzování velký pozor,“ uvedl na dotaz redakce Jakub Šejna a poodhalil i další výzkumy na UCEEB.

Týkají se hlavně oblasti pokročilého a více data-driven přístupu k posuzování konstrukcí. Velký potenciál zde vidí například u dřevěných konstrukcí nebo u pasivní ochrany ocelových prvků, kde je možné detailněji sledovat vývoj trhlin, degradaci materiálu nebo změny chování konstrukce v čase. Právě propojení experimentálních dat, monitoringu a numerického modelování může dle slov výzkumníků z UCEEB do budoucna výrazně zpřesnit hodnocení stavu historických i současných staveb. Patrný je zde rovněž zájem propojovat odborníky z různých oblastí – od požárního inženýrství přes materiálové inženýrství až po diagnostiku staveb a digitální modelování.

„Současný vývoj v oblasti požárního inženýrství stále více směřuje k metodám performance-based design. Tento přístup umožňuje lépe zohlednit skutečné chování konstrukcí při požáru a současně dosáhnout efektivnějšího využití materiálu při navrhování konstrukcí. Na UCEEB aktuálně pokračujeme v přípravě nové metodiky a softwarového nástroje, který zohledňuje příspěvek plášťového chování ke stabilizaci ocelových hal při požáru, a to v rámci projektu OP TAK Ocelová hala 4.0. Cílem je lépe popsat reálné chování konstrukcí a přispět k efektivnějšímu a přesnějšímu navrhování. Současně jako jeden z budoucích směrů výzkumu připravujeme propojení požárního navrhování a metod umělé inteligence. Využití strojového učení v oblasti požárního inženýrství vnímáme jako perspektivní cestu k efektivnějšímu navrhování konstrukcí a rychlejšímu vyhodnocování složitých návrhových scénářů,“ dodává docentka Kamila Cábová s odkazem na konkrétní projekt [3].

Životnost ocelových konstrukcí a různorodost jejich použití

S tématem úzce souvisí i problematika povrchových úprav a životnosti konstrukcí. Ochrana proti korozi, správná volba technologií a jejich vliv na dlouhodobou funkčnost konstrukce, mají zásadní význam nejen z technického, ale i ekonomického hlediska. Program konference takto reflektoval i otázky, jež mají přímý dopad na životní cyklus staveb a jejich udržitelnost. Z tohoto pohledu asi nejvíce zaujala přednáška Žárový nástřik recyklovaným zinkovým práškem pro opravu pozinkovaných konstrukcí dle ČSN EN ISO 1461, která ukázala udržitelné přístupy k opravám a ochraně ocelových konstrukcí, a následující téma zobrazující detaily ovlivňující životnost ocelové konstrukce.

„Problematika protikorozní ochrany ocelových konstrukcí je komplexně řešena souborem norem ČSN EN ISO 12944, které definují zásady návrhu ochranných systémů, klasifikaci korozního prostředí, požadavky na přípravu povrchu i očekávanou životnost ochranných nátěrových systémů. Tyto normy zdůrazňují, že životnost ochranného systému není dána pouze volbou vhodného nátěrového systému, ale také kvalitou přípravy podkladu a provedením konstrukčních detailů. Jednou z nejčastějších příčin selhání protikorozní ochrany je nedostatečná příprava povrchu, zejména hran, svarů a povrchových vad. Právě těmto kritickým místům se věnuje norma ČSN EN ISO 8501-3, která stanovuje požadavky na kvalitu přípravy ocelového povrchu před nanesením nátěrového systému,“ uvedl mimo jiné ve svém příspěvku René Siostrzonek a odkázal na podobnosti v textu na TZB-info [4].

Velkému zájmu účastníků konference se těšil i třetí blok, který sledoval ocelové konstrukce v energetice a vodohospodářských stavbách. Kromě firemních prezentací se zde představili zástupci katedry hydrotechniky Fakulty stavební ČVUT v Praze, konkrétně doktor Miroslav Brouček. Věnoval se namáhání vodohospodářských konstrukcí od hydrodynamických účinků a dalších vlivů. A právě toto téma přilákalo hodně stavařů a strojařů z UCEEB. Odhalovalo totiž zcela nové souvislosti, která by mohly obohatit jejich výzkum a propojit odborníky z různých oblastí tak, jak o tom výše hovořil Jakub Šejna.

„Nejvíce mě zaujaly přednášky zaměřené na ocelové konstrukce ve vodohospodářství. Jedná se o téma, které není příliš známé širší odborné ani laické veřejnosti, a právě proto bylo pro mě velmi přínosné. Přednášky byly zpracovány zajímavou formou, kombinovaly praktické zkušenosti s technickými aspekty navrhování a ukázaly specifické problémy i výzvy, které jsou s těmito konstrukcemi spojeny. Bylo zajímavé vidět, jak široké možnosti využití ocelové konstrukce mají i v oblastech, které nejsou běžně v centru pozornosti,“ uvedla na dotaz TZB-info docentka Kamila Cábová a potvrdila tak slova o nutnosti propojování znalostí z více oborů (nejenom) v rámci UCEEB.

Doporučená literatura a zdroje:

1. ČSN EN  993-1-3 Změna Z2 Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí – Část 1-3: Obecná pravidla - Doplňující pravidla pro za studena tvarované prvky a plošné profily ke stažení zde
2. Eurokódy pro zásady navrhování a zatížení konstrukcí, stav na konci roku 2025, TZB-info zde
3. Projekt je zaměřen na pokročilý návrh ocelových průmyslových hal, na optimalizaci konstrukce na parametry udržitelného rozvoje a na zajištění požární bezpečnosti. Pro tyto dvě oblasti bude v UCEEB připraven inteligentní softwarové nástroj na bázi BIM a grafické kontroly řešení, více informací zde
4. Popis protikorozní ochrany ocelové konstrukce kombinovaným povlakem žárového zinku a nátěru, který spadá do rozsáhlé oblasti duplexních systémů, na TZB-info zde