Následující příspěvek vysvětluje význam termínu
„Performance-Based“, který se v posledních
letech často objevuje v odborné literatuře a je používán
v souvislosti s řadou různých činností ve stavebnictví.
Podrobněji se následující text věnuje případům navrhování
konstrukcí; jsou zdůrazněny aspekty spolehlivosti, trvanlivosti
a ekonomické důsledky.
Asi před dvaceti lety se začaly v zahraničních odborných
statích o stavebnictví objevovat názvy, zejména
v souvislosti s navrhováním, obsahující sousloví
„Performance-Based“. Postupně ho bylo možno zaznamenat v řadě
spojení a významů, které nebyly vždy jasně definovány
a v české odborné literatuře se vyskytovaly jen zřídka,
či vůbec ne. Zdá se ale, že tato problematika postupně nabyla na
významu, a proto se ji pokusíme uvést a vysvětlit.
Frekventovaný anglický výraz performance má
nejčastěji význam označující umělecké vystoupení, představení,
často s nějakým překvapujícím trikem apod. (ve slovníku můžeme
nalézt dále: výkon, provedení, splnění, významný počin, vlastnost
aj). Pro účely stavebnictví lze sousloví
performance-based snad nejlépe překládat/opisovat
jako s ohledem na užitné vlastnosti.
statích o stavebnictví objevovat názvy, zejména
v souvislosti s navrhováním, obsahující sousloví
„Performance-Based“. Postupně ho bylo možno zaznamenat v řadě
spojení a významů, které nebyly vždy jasně definovány
a v české odborné literatuře se vyskytovaly jen zřídka,
či vůbec ne. Zdá se ale, že tato problematika postupně nabyla na
významu, a proto se ji pokusíme uvést a vysvětlit.
Frekventovaný anglický výraz performance má
nejčastěji význam označující umělecké vystoupení, představení,
často s nějakým překvapujícím trikem apod. (ve slovníku můžeme
nalézt dále: výkon, provedení, splnění, významný počin, vlastnost
aj). Pro účely stavebnictví lze sousloví
performance-based snad nejlépe překládat/opisovat
jako s ohledem na užitné vlastnosti.
Obecným Performance-Based přístupem ve stavebnictví je
Performance-Based Building (dále jen
PBBu), tj. Navrhování a provádění
stavebních objektů s ohledem na jejich užitné
vlastnosti. Tento název souvisí nepochybně s trendem
světového stavebnictví, se snahou po zajištění trvale
udržitelného rozvoje, tj. s nutností zaměřit se na
optimalizaci užitných hodnot stavebního objektu v souvislosti
s jeho ekonomickými, energetickými a ekologickými dopady
– blíže viz např. [1]. Tak např. v pátém rámcovém evropském
programu vznikla rozsáhlá mezinárodní aktivita PeBBu (2001–2005),
ve které působily od konce roku 2002 též dvě české instituce
(podrobněji viz [2]). Vznik sítě PeBBu byl veden nejenom snahou
o řešení problémů trvale udržitelného rozvoje ve vztahu ke
stavebnictví, ale též snahou o podporu inovací
a zvýšení konkurenceschopnosti. Dle této koncepce se
konstrukce a stavební výrobky mají navrhovat a vyrábět
s ohledem na své cílové specifické vlastnosti dle přání
zákazníka. Jednalo se o prioritní aktivitu CIB (International
Council for Research and Innovation in Building and Construction).
Ke zmíněným specifickým vlastnostem mohou patřit hodnoty
související s požadovanými funkcemi stavby/konstrukce
a dále hlediska ekonomická, ekologická, estetická, příp. další
vlastnosti.
Performance-Based Building (dále jen
PBBu), tj. Navrhování a provádění
stavebních objektů s ohledem na jejich užitné
vlastnosti. Tento název souvisí nepochybně s trendem
světového stavebnictví, se snahou po zajištění trvale
udržitelného rozvoje, tj. s nutností zaměřit se na
optimalizaci užitných hodnot stavebního objektu v souvislosti
s jeho ekonomickými, energetickými a ekologickými dopady
– blíže viz např. [1]. Tak např. v pátém rámcovém evropském
programu vznikla rozsáhlá mezinárodní aktivita PeBBu (2001–2005),
ve které působily od konce roku 2002 též dvě české instituce
(podrobněji viz [2]). Vznik sítě PeBBu byl veden nejenom snahou
o řešení problémů trvale udržitelného rozvoje ve vztahu ke
stavebnictví, ale též snahou o podporu inovací
a zvýšení konkurenceschopnosti. Dle této koncepce se
konstrukce a stavební výrobky mají navrhovat a vyrábět
s ohledem na své cílové specifické vlastnosti dle přání
zákazníka. Jednalo se o prioritní aktivitu CIB (International
Council for Research and Innovation in Building and Construction).
Ke zmíněným specifickým vlastnostem mohou patřit hodnoty
související s požadovanými funkcemi stavby/konstrukce
a dále hlediska ekonomická, ekologická, estetická, příp. další
vlastnosti.
Připomeňme si, že s trendem PBBu se pojí mj. nutnost
deklarovat, hodnotit a ověřovat cílové vlastnosti konstrukcí,
stavebních produktů i materiálů vždy pro celou dobu jejich
životnosti. Přitom je nutno zohledňovat přirozenou
stochastickou variabilitu vlastností materiálů,
zatížení (vč. environmentálních vlivů) a technologických
vlivů. Tyto nové přístupy mají dopad nejenom na
navrhování, ale také na sféru provádění
a managementu stavebních činností, jak bude uvedeno
dále v textu, který má ovšem jen informativní charakter
a snaží se zejména uvést potřebné souvislosti.
deklarovat, hodnotit a ověřovat cílové vlastnosti konstrukcí,
stavebních produktů i materiálů vždy pro celou dobu jejich
životnosti. Přitom je nutno zohledňovat přirozenou
stochastickou variabilitu vlastností materiálů,
zatížení (vč. environmentálních vlivů) a technologických
vlivů. Tyto nové přístupy mají dopad nejenom na
navrhování, ale také na sféru provádění
a managementu stavebních činností, jak bude uvedeno
dále v textu, který má ovšem jen informativní charakter
a snaží se zejména uvést potřebné souvislosti.
Navrhování a management konstrukcí
V projektových činnostech se zásady PBBu zužují na tzv.
Performance-Based Design (PBD), tj. navrhování
s ohledem na užitné vlastnosti stavebního
objektu. K takovým vlastnostem patří mj.:
Performance-Based Design (PBD), tj. navrhování
s ohledem na užitné vlastnosti stavebního
objektu. K takovým vlastnostem patří mj.:
* základní funkční vlastnosti,
* spolehlivost,
* trvanlivost,
* protipožární bezpečnost,
* seismická odolnost,
* izolační schopnosti,
* estetické vlastnosti,
* ekonomická šetrnost,
* ekologická šetrnost,
* nízká energetická náročnost,
* specifické provozní vlastnosti, příp. další vlastnosti
požadované klientem.
požadované klientem.
Je zřejmé, že některé z uvedených vlastností jsou ve svém
důsledku protikladné a při návrhu konstrukce k nim nemůže
projektant přistupovat odděleně, nýbrž musí postupovat tak, aby
celý soubor vlastností optimalizoval –
pravděpodobně ale při dominanci některé z těchto vlastností,
tj. dle nadřazenosti požadavků legislativních, požadavků klienta,
či s přihlédnutím ke specifikům případu a příp. dle
širších požadavků socio-kulturních. Jde tedy často o nelehký
úkol, kdy je nutno zohlednit potřeby či představy tzv. cílového
klienta [3], a svoji roli přitom tedy musí sehrát projektant,
investor i prováděcí firma.
důsledku protikladné a při návrhu konstrukce k nim nemůže
projektant přistupovat odděleně, nýbrž musí postupovat tak, aby
celý soubor vlastností optimalizoval –
pravděpodobně ale při dominanci některé z těchto vlastností,
tj. dle nadřazenosti požadavků legislativních, požadavků klienta,
či s přihlédnutím ke specifikům případu a příp. dle
širších požadavků socio-kulturních. Jde tedy často o nelehký
úkol, kdy je nutno zohlednit potřeby či představy tzv. cílového
klienta [3], a svoji roli přitom tedy musí sehrát projektant,
investor i prováděcí firma.
Pravděpodobně poprvé byl přístup PBD aplikován při navrhování
konstrukcí na seismicitu. Jako první pokus
o vytvoření kodifikovaného PBD postupu se totiž uvádí směrnice
pro zvyšování seismické odolnosti stávajících konstrukcí
v USA, která vznikala v roce 1992 za sponzorství Federal
Emergency Management Agency. Byly standardizovány kvantifikovatelné
úrovně seismické odolnosti, pomocí kterých může být konstrukce
hodnocena dle únosností a deformačních schopností prvků. Tento
postup byl pak brzy upraven také pro navrhování nových konstrukcí
na seismicitu.
konstrukcí na seismicitu. Jako první pokus
o vytvoření kodifikovaného PBD postupu se totiž uvádí směrnice
pro zvyšování seismické odolnosti stávajících konstrukcí
v USA, která vznikala v roce 1992 za sponzorství Federal
Emergency Management Agency. Byly standardizovány kvantifikovatelné
úrovně seismické odolnosti, pomocí kterých může být konstrukce
hodnocena dle únosností a deformačních schopností prvků. Tento
postup byl pak brzy upraven také pro navrhování nových konstrukcí
na seismicitu.
Významné vlastnosti jsou obvykle úroveň
spolehlivosti a trvanlivost (kvantifikovaná jako
životnost, vyjádřená v rocích); je proto
známá též definice PBD dle [4]: Performance-based
navrhování zahrnuje výpočty návrhových parametrů o takových
hodnotách, aby byly splněny požadavky jednoho či více kritérií
užitných vlastností při zachování specifikovaných spolehlivostí po
dobu požadované životnosti.
spolehlivosti a trvanlivost (kvantifikovaná jako
životnost, vyjádřená v rocích); je proto
známá též definice PBD dle [4]: Performance-based
navrhování zahrnuje výpočty návrhových parametrů o takových
hodnotách, aby byly splněny požadavky jednoho či více kritérií
užitných vlastností při zachování specifikovaných spolehlivostí po
dobu požadované životnosti.
Poznamenejme, že v současné době běžně používané
normativní dokumenty (eurokódy) vesměs „předepisují“
postupy navrhování, které mají vést k jistým typickým,
nominálním či obvykle očekávaným vlastnostem. Postup podle těchto
dokumentů proto neumožňuje přímo navrhnout konstrukci zajišťující
specifické vlastnosti – např. specificky určenou životnost
(požadovanou klientem/investorem), ale také spolehlivost
a další konkrétní vlastnosti konstrukce. Při postupu dle
eurokódů se tedy nejedná o PBD – s jeho zásadami
je nutno nejprve projektanty (a nejenom projektanty) seznamovat
a vytvářet podmínky pro účelné aplikování těchto postupů.
V české literatuře byla již problematika PBD diskutována např.
v [5]. V zahraniční literatuře se objevily kromě PBD
i alternativní či specializované názvy a modifikace;
v následujícím textu některé zmíníme.
normativní dokumenty (eurokódy) vesměs „předepisují“
postupy navrhování, které mají vést k jistým typickým,
nominálním či obvykle očekávaným vlastnostem. Postup podle těchto
dokumentů proto neumožňuje přímo navrhnout konstrukci zajišťující
specifické vlastnosti – např. specificky určenou životnost
(požadovanou klientem/investorem), ale také spolehlivost
a další konkrétní vlastnosti konstrukce. Při postupu dle
eurokódů se tedy nejedná o PBD – s jeho zásadami
je nutno nejprve projektanty (a nejenom projektanty) seznamovat
a vytvářet podmínky pro účelné aplikování těchto postupů.
V české literatuře byla již problematika PBD diskutována např.
v [5]. V zahraniční literatuře se objevily kromě PBD
i alternativní či specializované názvy a modifikace;
v následujícím textu některé zmíníme.
1. Reliability-Based Design (RBD), tj.
navrhování na spolehlivost, je případ, kdy při návrhu nosné
konstrukce je vyžadováno, aby byla dodržena specifikovaná úroveň
spolehlivosti. Zde připomeňme, že spolehlivost bývá popsána
teoretickou pravděpodobností poruchy
pf, resp. indexem
spolehlivosti β, a odpovídá
některému z mezních stavů (blíže o mezních stavech viz
např. [6]). Poznamenejme také, že v Eurokódu 1
(EN 1990), který obsahuje základní pravidla pro navrhování
nosných konstrukcí, jsou sice v dodatku uvedeny informativní
hodnoty teoretické pravděpodobnosti poruchy, resp. indexu
spolehlivosti, řada studií provedených v posledních letech
však prokázala, že konstrukce navrhované podle těchto dokumentů
vykazují značnou nevyrovnanost spolehlivosti. Je nutno připomenout,
že vypočtená hodnota pravděpodobnosti poruchy by se z řady
důvodů lišila od reality (skutečná hodnota není a ani nemůže
být známa) a spíše má význam pro srovnávání a hodnocení
jednotlivých řešení.
navrhování na spolehlivost, je případ, kdy při návrhu nosné
konstrukce je vyžadováno, aby byla dodržena specifikovaná úroveň
spolehlivosti. Zde připomeňme, že spolehlivost bývá popsána
teoretickou pravděpodobností poruchy
pf, resp. indexem
spolehlivosti β, a odpovídá
některému z mezních stavů (blíže o mezních stavech viz
např. [6]). Poznamenejme také, že v Eurokódu 1
(EN 1990), který obsahuje základní pravidla pro navrhování
nosných konstrukcí, jsou sice v dodatku uvedeny informativní
hodnoty teoretické pravděpodobnosti poruchy, resp. indexu
spolehlivosti, řada studií provedených v posledních letech
však prokázala, že konstrukce navrhované podle těchto dokumentů
vykazují značnou nevyrovnanost spolehlivosti. Je nutno připomenout,
že vypočtená hodnota pravděpodobnosti poruchy by se z řady
důvodů lišila od reality (skutečná hodnota není a ani nemůže
být známa) a spíše má význam pro srovnávání a hodnocení
jednotlivých řešení.
Pro návrh na specificky požadovanou úroveň spolehlivosti
(označme ji βPBD, resp.
pf, PBD), tj. pro dosažení
stavu, kdy bude co nejlépe splněno:
(označme ji βPBD, resp.
pf, PBD), tj. pro dosažení
stavu, kdy bude co nejlépe splněno:
β ≥ βPBD
a pf ≤ pf,
PBD
(1),
a pf ≤ pf,
PBD
(1),
je nutno vytvořit jiné postupy.
V současné době jsou tyto možnosti:
* Iterativní postup metodou pokus – omyl, což ale není příliš
praktické – i když běžné navrhování konstrukcí je vlastně také
iterativním postupem. Pro takový postup je mj. rozhodující
efektivnost použité metody určování/odhadu pravděpodobnosti
poruchy.
praktické – i když běžné navrhování konstrukcí je vlastně také
iterativním postupem. Pro takový postup je mj. rozhodující
efektivnost použité metody určování/odhadu pravděpodobnosti
poruchy.
* Mezinárodní komise JCSS zpřístupnila na svých webových
stránkách (http://www.jcss.ethz.ch/ pod volbou CodeCal) program
umožňující výpočet β metodou II. úrovně
při zadaných statistických parametrech některých vstupních veličin,
resp. optimalizaci součinitelů spolehlivosti s ohledem na
cílovou spolehlivost. Využití tohoto nástroje není ale zatím pro
běžnou praxi schůdné.
stránkách (http://www.jcss.ethz.ch/ pod volbou CodeCal) program
umožňující výpočet β metodou II. úrovně
při zadaných statistických parametrech některých vstupních veličin,
resp. optimalizaci součinitelů spolehlivosti s ohledem na
cílovou spolehlivost. Využití tohoto nástroje není ale zatím pro
běžnou praxi schůdné.
* Inverzní spolehlivostní postup dle [4], kde při daných
kritériích pro požadované vlastnosti konstrukce a požadovanou
hladinu spolehlivosti (βPBD)
se stanovují potřebné návrhové parametry optimalizační technikou (s
využitím response surfaře konstruovanou popřípadě jen na základě
deterministických řešení). Tento postup je sice slibný, ale pro
využívání v praxi doposud asi nevhodný pro svoji
náročnost.
kritériích pro požadované vlastnosti konstrukce a požadovanou
hladinu spolehlivosti (βPBD)
se stanovují potřebné návrhové parametry optimalizační technikou (s
využitím response surfaře konstruovanou popřípadě jen na základě
deterministických řešení). Tento postup je sice slibný, ale pro
využívání v praxi doposud asi nevhodný pro svoji
náročnost.
Důležité je v souvislosti se vztahy (1) připomenout, že
požadovaná úroveň spolehlivosti
βPBD či
pf, PBD je dána:
požadovaná úroveň spolehlivosti
βPBD či
pf, PBD je dána:
– legislativně předepsanou hodnotou návrhové hodnoty
βD, resp.
pf, D (obvykle pro mezní stavy
únosnosti – bezpečnost lidí);
βD, resp.
pf, D (obvykle pro mezní stavy
únosnosti – bezpečnost lidí);
– hodnotami požadovanými investorem/vlastníkem (mezní stavy
použitelnosti, zejména ve vztahu k životnosti
– viz [3], [7], resp. [8]) – jde přece mj. o „šetření
vlastníkovy kapsy“.
použitelnosti, zejména ve vztahu k životnosti
– viz [3], [7], resp. [8]) – jde přece mj. o „šetření
vlastníkovy kapsy“.
Při RBD tedy vždy musí platit:
βPBD ≥
βD nebo pf,
PBD ≤ pf,
D
(2).
βD nebo pf,
PBD ≤ pf,
D
(2).
2. Performance-Based Durability Design
(PBDD), tj. navrhování zacílené na zadanou/požadovanou
životnost. Postupy takového navrhování jsou či budou popsány
v mezinárodních dokumentech [7] a [8].
(PBDD), tj. navrhování zacílené na zadanou/požadovanou
životnost. Postupy takového navrhování jsou či budou popsány
v mezinárodních dokumentech [7] a [8].
Pro případy navrhování či posuzování životnosti
železobetonových konstrukcí byly u nás vytvořeny v praxi
jednoduše využitelné nástroje: interaktivní webová stránka
RC-LifeTime (http://rc-lifetime.stm.fce.vutbr.cz/)
a obecnější softwarový nástroj FReET-D [9] –
viz též www.freet.cz. Tyto softwarové nástroje lze snadno využít
též pro navrhování železobetonových konstrukcí na specifickou
úroveň spolehlivosti.
železobetonových konstrukcí byly u nás vytvořeny v praxi
jednoduše využitelné nástroje: interaktivní webová stránka
RC-LifeTime (http://rc-lifetime.stm.fce.vutbr.cz/)
a obecnější softwarový nástroj FReET-D [9] –
viz též www.freet.cz. Tyto softwarové nástroje lze snadno využít
též pro navrhování železobetonových konstrukcí na specifickou
úroveň spolehlivosti.
3. Integrované navrhování. Jedná se
o koncepční přístup v oblasti navrhování, reprezentující
multiparametrický návrh konstrukce z pohledu různých
rozlišovacích úrovní, integrující návrh materiálu a návrh
konstrukce tak, aby bylo dosaženo optimálních funkčních parametrů
z hlediska širokého spektra kritérií v průběhu všech fází
životního cyklu. Tyto postupy jsou propracovávány v rámci
prací střediska CIDEAS (účastní se ČVUT Praha, VUT
v Brně, VŠBT Ostrava a řada významných stavebních firem).
V rámci tohoto projektu probíhá také vývoj pokročilých
stavebních materiálů a technologií. Blíže viz
www.cideas.cz.
o koncepční přístup v oblasti navrhování, reprezentující
multiparametrický návrh konstrukce z pohledu různých
rozlišovacích úrovní, integrující návrh materiálu a návrh
konstrukce tak, aby bylo dosaženo optimálních funkčních parametrů
z hlediska širokého spektra kritérií v průběhu všech fází
životního cyklu. Tyto postupy jsou propracovávány v rámci
prací střediska CIDEAS (účastní se ČVUT Praha, VUT
v Brně, VŠBT Ostrava a řada významných stavebních firem).
V rámci tohoto projektu probíhá také vývoj pokročilých
stavebních materiálů a technologií. Blíže viz
www.cideas.cz.
Environmental design je v podstatě jen
jiný název pro integrované navrhování; dle [10] jde o postupy
navrhování, při kterých se integrují environmentální aspekty
bezpečnosti, použitelnosti a trvanlivosti. Zásadní je, že tyto
aspekty jsou vzájemně provázány.
jiný název pro integrované navrhování; dle [10] jde o postupy
navrhování, při kterých se integrují environmentální aspekty
bezpečnosti, použitelnosti a trvanlivosti. Zásadní je, že tyto
aspekty jsou vzájemně provázány.
Ekonomické aspekty a vazby na formy
vlastnictví
vlastnictví
Jestliže máme uvažovat a optimalizovat v rámci PeBBu
všechny důležité užitné vlastnosti stavebního objektu, je nezbytné
zajímat se o ekonomické důsledky v celém životním cyklu.
Pak je tedy nutno hodnotit tzv. celkové náklady,
které sestávají z celé řady částí [11]:
všechny důležité užitné vlastnosti stavebního objektu, je nezbytné
zajímat se o ekonomické důsledky v celém životním cyklu.
Pak je tedy nutno hodnotit tzv. celkové náklady,
které sestávají z celé řady částí [11]:
Ncelk = Nin +
Nm + Np +
p1 . N1 +
p2 . N2 +
p3 . N3
(3),
Nm + Np +
p1 . N1 +
p2 . N2 +
p3 . N3
(3),
kde:
* Nin jsou náklady
spojené s projektovými pracemi a s výstavbu objektu
(event. vč. bankovní záruky),
spojené s projektovými pracemi a s výstavbu objektu
(event. vč. bankovní záruky),
* Nm jsou náklady na
údržbu (vč. nákladů na kontrolu a prohlídky – po celou dobu
předpokládané životnosti tD
roků),
údržbu (vč. nákladů na kontrolu a prohlídky – po celou dobu
předpokládané životnosti tD
roků),
* Np jsou náklady na
provoz objektu (vytápění, osvětlování, pojištění aj., během doby
tD),
provoz objektu (vytápění, osvětlování, pojištění aj., během doby
tD),
* p1 .
N1 jsou náklady na opravy, které mohou
nastat s pravděpodobností
p1 (během doby
tD),
N1 jsou náklady na opravy, které mohou
nastat s pravděpodobností
p1 (během doby
tD),
* p2 .
N2 jsounáklady na rekonstrukce, které
mohou nastat s pravděpodobností
p2 (tj. včetně nákladů na
příp. přerušení provozu apod.),
N2 jsounáklady na rekonstrukce, které
mohou nastat s pravděpodobností
p2 (tj. včetně nákladů na
příp. přerušení provozu apod.),
* p3 .
N3 jeodstranění stavby
s pravděpodobností p3
(vč. nákladů na recyklaci a skládkování odstraněného
materiálu).
N3 jeodstranění stavby
s pravděpodobností p3
(vč. nákladů na recyklaci a skládkování odstraněného
materiálu).
Hodnoty pravděpodobností uvedené v (3) se obvykle
v případech nosných stavebních konstrukcí odvíjejí od
pravděpodobností dosažení mezních stavů – viz EN 1990,
jejich definic a předepsané či požadované úrovně spolehlivosti
[6] i návrhové životnosti
tD objektu, konstrukce či
prvku. Pravděpodobnost p1 je
obvykle totožná s příslušnou pravděpodobností poruchy,
nejčastěji s vazbou na mezní stavy použitelnosti. Pátý člen
rovnice (3), tj. náklady na rekonstrukce, se nemusí vždy uplatnit;
pravděpodobnost p2 se může
vázat k meznímu stavu použitelnosti nebo únosnosti.
Pravděpodobnost p3 může
souviset s takovým porušením, kdy již není ekonomicky vhodné
objekt podrobit rekonstrukci, příp. se zastaráním (technickým nebo
morálním), resp. s jinak motivovaným rozhodnutím vlastníka. Je
potřeba také připomenout, že cena peněz se v čase mění
a je také náhodnou veličinou – to by mělo být v úvahách
o celkových nákladech zahrnuto.
v případech nosných stavebních konstrukcí odvíjejí od
pravděpodobností dosažení mezních stavů – viz EN 1990,
jejich definic a předepsané či požadované úrovně spolehlivosti
[6] i návrhové životnosti
tD objektu, konstrukce či
prvku. Pravděpodobnost p1 je
obvykle totožná s příslušnou pravděpodobností poruchy,
nejčastěji s vazbou na mezní stavy použitelnosti. Pátý člen
rovnice (3), tj. náklady na rekonstrukce, se nemusí vždy uplatnit;
pravděpodobnost p2 se může
vázat k meznímu stavu použitelnosti nebo únosnosti.
Pravděpodobnost p3 může
souviset s takovým porušením, kdy již není ekonomicky vhodné
objekt podrobit rekonstrukci, příp. se zastaráním (technickým nebo
morálním), resp. s jinak motivovaným rozhodnutím vlastníka. Je
potřeba také připomenout, že cena peněz se v čase mění
a je také náhodnou veličinou – to by mělo být v úvahách
o celkových nákladech zahrnuto.
Je nutno též uvážit, že v případech, kdy nebude dodržen
požadavek na návrhovou životnost (např. díky snížení
Nin), tj. když pro skutečně
dosaženou životnost tS bude
platit: tS <
tD (4), pak se
Ncelk dokonce mohou zvýšit –
jestliže se započítají ztráty způsobené předčasným ukončením funkcí
objektu.
požadavek na návrhovou životnost (např. díky snížení
Nin), tj. když pro skutečně
dosaženou životnost tS bude
platit: tS <
tD (4), pak se
Ncelk dokonce mohou zvýšit –
jestliže se započítají ztráty způsobené předčasným ukončením funkcí
objektu.
Uveďme dále, že trvanlivost je obecný výraz pro schopnost
odolávat degradaci vnějšími vlivy a opotřebení provozem.
Výslednicí trvanlivosti všech komponentů je pak
životnost stavebního prvku, konstrukce, objektu,
která je vlastně kvantifikací trvanlivosti
(vyjádřeno obvykle v rocích). Při projektování nové konstrukce
jde o návrhovou životnost a při
posuzování konstrukce již provozované pak jde
o životnost zbytkovou. Většina běžných
návrhových postupů předpokládá životnost 50 let (často jen
implicitně, životnost není přímo posuzována). Cílová životnost má
ale značné důsledky pro celkové náklady,jejichž
některé části jsou přímo z délky životnosti odvozeny – viz
vztah (3), podrobněji [11]. Zde nastává pochopitelně velký rozpor:
investor, který nezamýšlí stavbu dlouhodobě používat, nýbrž ji
hodlá brzy prodat (developerské firmy apod., tedy nikoliv cíloví
investoři), vyvíjí tlak na dosažení minimálních pořizovacích
nákladů, bez ohledu na to, že to nepochybně povede ke zvýšení –
pravděpodobně významnému zvýšení – nákladů spojených
s užíváním stavby a pravděpodobně též ke zkrácení
životnosti. Ty ovšem již ponese nový majitel. Přitom „úspora“
v počátečních nákladech
Nin je obvykle zcela
nevýznamná a ve svém důsledku kontraproduktivní – dle jedné
zahraniční studie tvoří Nin
u občanských staveb průměrně jen asi 4 %
z Ncelk, dle české studie
zahrnující jen obytné stavby je to necelých 25 %. Zvýšení
Nin, „věnované“ na kvalitu
a trvanlivost použitých materiálů, zvýšení izolačních
schopností apod., může přinést úsporu výrazně vyšších částek
z pohledu Ncelk. Tento
pohled je jistě významný také při přípravě projektů
PPP (veřejno-soukromá partnerství), kde správné vyvážení
nákladů a rizik mezi subjekty vstupujícími do takové aktivity
je nezbytné (a mělo by být např. zahrnuto již do koncesionářské
smlouvy). Přitom právě dlouhodobé hledisko bude pro veřejný sektor
rozhodující.
odolávat degradaci vnějšími vlivy a opotřebení provozem.
Výslednicí trvanlivosti všech komponentů je pak
životnost stavebního prvku, konstrukce, objektu,
která je vlastně kvantifikací trvanlivosti
(vyjádřeno obvykle v rocích). Při projektování nové konstrukce
jde o návrhovou životnost a při
posuzování konstrukce již provozované pak jde
o životnost zbytkovou. Většina běžných
návrhových postupů předpokládá životnost 50 let (často jen
implicitně, životnost není přímo posuzována). Cílová životnost má
ale značné důsledky pro celkové náklady,jejichž
některé části jsou přímo z délky životnosti odvozeny – viz
vztah (3), podrobněji [11]. Zde nastává pochopitelně velký rozpor:
investor, který nezamýšlí stavbu dlouhodobě používat, nýbrž ji
hodlá brzy prodat (developerské firmy apod., tedy nikoliv cíloví
investoři), vyvíjí tlak na dosažení minimálních pořizovacích
nákladů, bez ohledu na to, že to nepochybně povede ke zvýšení –
pravděpodobně významnému zvýšení – nákladů spojených
s užíváním stavby a pravděpodobně též ke zkrácení
životnosti. Ty ovšem již ponese nový majitel. Přitom „úspora“
v počátečních nákladech
Nin je obvykle zcela
nevýznamná a ve svém důsledku kontraproduktivní – dle jedné
zahraniční studie tvoří Nin
u občanských staveb průměrně jen asi 4 %
z Ncelk, dle české studie
zahrnující jen obytné stavby je to necelých 25 %. Zvýšení
Nin, „věnované“ na kvalitu
a trvanlivost použitých materiálů, zvýšení izolačních
schopností apod., může přinést úsporu výrazně vyšších částek
z pohledu Ncelk. Tento
pohled je jistě významný také při přípravě projektů
PPP (veřejno-soukromá partnerství), kde správné vyvážení
nákladů a rizik mezi subjekty vstupujícími do takové aktivity
je nezbytné (a mělo by být např. zahrnuto již do koncesionářské
smlouvy). Přitom právě dlouhodobé hledisko bude pro veřejný sektor
rozhodující.
V případech hodnocení nákladů pro stávající konstrukce se již
nemusí uvažovat Nin
a rozdíl spočívá i v tom, že ostatní složky
celkových nákladů jsou vztaženy ke zbytkové životnosti. Náklady
N1
a N2 je výhodné (ale
pracnější) stanovit pomocí plně pravděpodobnostního postupu
posuzování konstrukce. Opět se jedná
o Performance-Based postup, protože se stanovují či posuzují
požadované „zbytkové“ užitné vlastnosti. Nejistoty spojené
s materiálovými vlastnostmi, s geometrií a zatížením
mohou totiž být pak značně sníženy na základě zjištění
realizovaných hodnot, s uvážením místních (specifických)
podmínek a s dodržením požadované míry spolehlivosti
konstrukce. Tento postup ale zatím není obvyklý a vyžaduje
dostatečné znalosti o pravděpodobnostních metodách.
nemusí uvažovat Nin
a rozdíl spočívá i v tom, že ostatní složky
celkových nákladů jsou vztaženy ke zbytkové životnosti. Náklady
N1
a N2 je výhodné (ale
pracnější) stanovit pomocí plně pravděpodobnostního postupu
posuzování konstrukce. Opět se jedná
o Performance-Based postup, protože se stanovují či posuzují
požadované „zbytkové“ užitné vlastnosti. Nejistoty spojené
s materiálovými vlastnostmi, s geometrií a zatížením
mohou totiž být pak značně sníženy na základě zjištění
realizovaných hodnot, s uvážením místních (specifických)
podmínek a s dodržením požadované míry spolehlivosti
konstrukce. Tento postup ale zatím není obvyklý a vyžaduje
dostatečné znalosti o pravděpodobnostních metodách.
Významný přínos takového postupu ukázala práce [12], kde je
podrobně doloženo, jak u tří různých mostních konstrukcí ve
Švédsku bylo dosaženo úspor (v jednom
z případů až 10 mil. eur!); u tří jiných mostů (Dánsko)
pak byla prokázána ve srovnání s postupem dle stávajících
norem výrazně vyšší únosnost (o 92 %, 110 %, resp. 26 %!).
Pracnější postup se tedy jistě vyplatil.
podrobně doloženo, jak u tří různých mostních konstrukcí ve
Švédsku bylo dosaženo úspor (v jednom
z případů až 10 mil. eur!); u tří jiných mostů (Dánsko)
pak byla prokázána ve srovnání s postupem dle stávajících
norem výrazně vyšší únosnost (o 92 %, 110 %, resp. 26 %!).
Pracnější postup se tedy jistě vyplatil.
V souvislosti s plánováním, projektováním
a prováděním oprav či rekonstrukcí se objevil též název
Performance-Based Intervention (PBI) [13].
a prováděním oprav či rekonstrukcí se objevil též název
Performance-Based Intervention (PBI) [13].
Závěrečné poznámky
Performance-Based postupy vyžadují součinnost stavebníka,
projektanta i prováděcích firem v mnohem větší míře, než
je doposud běžné, a to ve všech stadiích. Závažnou okolností
při procesech plánování, projektování a výstavby stavebních
objektů je, že zúčastněné strany si doposud velmi často
neuvědomují, že investice by neměla být posuzována jen dle nákladů
na její pořízení. Takový přístup má totiž zpravidla značné
(negativní) důsledky ekonomické, případně i ekologické, jak
bylo naznačeno výše. Bylo by velmi přínosné přimět investory,
projektanty a výrobce (osvětou, legislativně, daňovými
úlevami?), aby podřídili rozhodování a plánování
optimalizaci celkových nákladů. Musí nepochybně
jít také o další otázky, jako jsou minimalizace spotřeby
energie a celková šetrnost stavebních činností
k životnímu prostředí.
projektanta i prováděcích firem v mnohem větší míře, než
je doposud běžné, a to ve všech stadiích. Závažnou okolností
při procesech plánování, projektování a výstavby stavebních
objektů je, že zúčastněné strany si doposud velmi často
neuvědomují, že investice by neměla být posuzována jen dle nákladů
na její pořízení. Takový přístup má totiž zpravidla značné
(negativní) důsledky ekonomické, případně i ekologické, jak
bylo naznačeno výše. Bylo by velmi přínosné přimět investory,
projektanty a výrobce (osvětou, legislativně, daňovými
úlevami?), aby podřídili rozhodování a plánování
optimalizaci celkových nákladů. Musí nepochybně
jít také o další otázky, jako jsou minimalizace spotřeby
energie a celková šetrnost stavebních činností
k životnímu prostředí.
Závěrem ještě zdůrazněme, že moderní Performance-Based postupy
navrhování konstrukcí implikují používání
pravděpodobnostních metod, simulačních postupů
a prediktivních matematických modelů. Je proto nutno mj.
využívat stochastickou analýzu, simulační techniky apod., což klade
zvýšené nároky na zúčastněné pracovníky.
navrhování konstrukcí implikují používání
pravděpodobnostních metod, simulačních postupů
a prediktivních matematických modelů. Je proto nutno mj.
využívat stochastickou analýzu, simulační techniky apod., což klade
zvýšené nároky na zúčastněné pracovníky.
Tento výsledek byl získán částečně za finančního přispění
MŠMT ČR, projekt 1M0579, v rámci činnosti výzkumného centra
CIDEAS a projektu GA ČR 103/06/1562.
MŠMT ČR, projekt 1M0579, v rámci činnosti výzkumného centra
CIDEAS a projektu GA ČR 103/06/1562.
Literatura:
1) Hájek, P.: Environmentální aspekty v navrhování
betonových konstrukcí. Seminář Koncepční návrh betonových
konstrukcí 2002, ČBS, Praha.
betonových konstrukcí. Seminář Koncepční návrh betonových
konstrukcí 2002, ČBS, Praha.
2) Teplý, B. – Mach, V.: Nové trendy ve stavebnictví – nové
otázky, nové problémy – nová výzva! Zprávy + Informace ČKAIT,
2/2003, Praha, s. 13–15.
otázky, nové problémy – nová výzva! Zprávy + Informace ČKAIT,
2/2003, Praha, s. 13–15.
3) Teplý, B. – Hájek, P.: Integrované navrhování – efektivní
rozhodování cílových investorů. Stavebnictví 5/2007, 14–16.
rozhodování cílových investorů. Stavebnictví 5/2007, 14–16.
4) Foschi, R. O. – Li, H. – Zhang, J.: Reliability and
performance-based design: a computational approach and
applications. Structural safety 24 (2002), p. 205–218.
performance-based design: a computational approach and
applications. Structural safety 24 (2002), p. 205–218.
5) Teplý, B.: Problematika „Performance-Based Design“. Sborník
II. Mezinárodní konference Nové trendy v statike
a dynamike stavebných konštrukcií, STU Bratislava, 2003, s.
37–40.
II. Mezinárodní konference Nové trendy v statike
a dynamike stavebných konštrukcií, STU Bratislava, 2003, s.
37–40.
6) Teplý, B.: Mezní stavy včera, dnes a zítra. Stavební
obzor 7/2005, s. 193–196.
obzor 7/2005, s. 193–196.
7) ISO WD 13823 General principles on the Design of Structures
for Durability (technická komise ISO/TC 98, Bases for Design of
Structures, subkomise SC 2, WG 10, dokument v r. 2007 ve
druhém stupni schvalovacího procesu).
for Durability (technická komise ISO/TC 98, Bases for Design of
Structures, subkomise SC 2, WG 10, dokument v r. 2007 ve
druhém stupni schvalovacího procesu).
8) fib Model Code 2008, Part: Service Life Design (vyšlo
v r. 2006 jako fib Bulletin No34).
v r. 2006 jako fib Bulletin No34).
9) Matesová, D. – Rovnaníková, P. – Chromá, M. – Teplý, B.:
Tools for assessment of durability of concrete structures. Sborník
II. Celostátní konference PPK2006 – Pravděpodobnost porušování
konstrukcí (edit. S. Vejvoda), Brno, 2006, s. 219–226.
Tools for assessment of durability of concrete structures. Sborník
II. Celostátní konference PPK2006 – Pravděpodobnost porušování
konstrukcí (edit. S. Vejvoda), Brno, 2006, s. 219–226.
10) fib Bulletin No28 (2004): Environmental Design.
11) Teplý, B.: Trvanlivost – náklady – spolehlivost
konstrukcí. BetonTKS 3/2005, s. 3–5.
konstrukcí. BetonTKS 3/2005, s. 3–5.
12) Enevoldsen, I. Experience with Probabilistic-based
Assessment of Bridges. Structural Engineering International 4/2001,
IABSE.
Assessment of Bridges. Structural Engineering International 4/2001,
IABSE.
13) Saarkinen, M.: Performance Based Repair Concepts – from
vision to practice. European Symposium on Service Life and
Serviceability of Concrete Structures; ESCS-2006, Espoo, Finland,
p. 346–351.
vision to practice. European Symposium on Service Life and
Serviceability of Concrete Structures; ESCS-2006, Espoo, Finland,
p. 346–351.
Prof. Ing. Břetislav Teplý, CSc., (*1933)
vystudoval Fakultu architektury a pozemního
stavitelství VUT v Brně. V současné době pracuje jako
výzkumný pracovník stavební fakulty VUT Brno a ČVUT Praha.
Odborné zaměření: Teorie stavebních konstrukcí a teorie
spolehlivosti; modelování degradace materiálů a konstrukcí,
analýza životnosti; rizikové inženýrství.
stavitelství VUT v Brně. V současné době pracuje jako
výzkumný pracovník stavební fakulty VUT Brno a ČVUT Praha.
Odborné zaměření: Teorie stavebních konstrukcí a teorie
spolehlivosti; modelování degradace materiálů a konstrukcí,
analýza životnosti; rizikové inženýrství.
