Optimalizace nosné konstrukce železobetonového skeletového systému

Abstract

Železobetonové konstrukce jsou ve vyspělých zemích světa dlouhodobě jedním z nejvíce rozšířených stavebních systémů. Jejich velkou výhodou je široká rozmanitost tvarových řešení a výhodné statické parametry umožňující realizaci staveb o mnoha podlažích a s velikým zatížením. Z toho vyplývá, že tvar konstrukce i dimenze jednotlivých průřezů lze ve fázi návrhu optimalizovat z různých hledisek. Tato disertační práce se věnuje optimalizaci železobetonové skeletové konstrukce z hlediska finančních nákladů a environmentálních dopadů. Optimalizace je prováděna změnou dimenzí konstrukčních prvků (v tomto případě sloupů a desek) včetně jejich vyztužení. Výsledkem optimalizace jsou takové rozměry a vyztužení konstrukčních prvků, pro které jsou celkové finanční náklady a environmentální dopady nejnižší. Součástí disertační práce jsou dvě případové studie, které dokládají možnosti optimalizace železobetonové skeletové konstrukce. Obě studie jsou formulovány stejným způsobem a je použito i stejného způsobu jejich optimalizace. Finanční náklady stavby byly hodnoceny položkovým rozpočtem s využitím cenové soustavy ÚRS pro oceňování stavební produkce a environmentální dopady byly analyzovány pomocí metody LCA (Posuzování životního cyklu). Pro posuzování environmentálních dopadů byl použit charakterizační model dle metodiky ReCiPe verze 1.08. Provedené případové studie ukázaly možnosti optimalizace nosné konstrukce nejenom ze statického hlediska, ale i z hledisek ekonomických a environmentálních. Prezentované závěry odpovídají konkrétní konstrukci skeletového systému a nelze je obecně generalizovat. Nicméně i tak ukazují na určité trendy a zákonitosti využitelné i při návrzích jiných železobetonových konstrukcí.

Reinforced concrete structures represent one of the most widespread building systems in developed countries around the world. The great advantage is a wide variety of shape solutions and structural parameters which allow the application for multi-storey buildings and enabling heavy load. The shape of the structure and dimensions of individual cross-sections can be optimized in the design phase from various perspectives. This dissertation deals with the optimization of the load-bearing RC structure in terms of cost and environmental impact. Optimization is performed by changing the dimensions of structural elements (in this case columns and floor slabs) and their reinforcement. The result of the optimization are dimensions and reinforcement of structural elements for which the total construction costs and environmental impacts are the lowest. The dissertation includes two case studies that demonstrate the possibilities of optimizing the reinforced concrete structure. Both studies are formulated in the same way and are also optimized in the same way. The construction cost was evaluated by an itemized budget using the national price system. The environmental impact was analysed using the life cycle assessment (LCA) method. A characterization model according to the ReCiPe methodology version 1.08 was used to assess environmental impacts. The case study showed the possibilities of multi-criteria optimization of the load-bearing structure not only from a structural point of view, but also from economic and environmental points of view. The presented conclusions correspond to this specific construction of the RC structure used in a case study and cannot be generalized. Nevertheless, they point to certain trends and patterns that can also be used in the design of other reinforced concrete structures.