Přístupnostní navigace
E-application
Search Search Close
Master's Thesis
Author of thesis: Ing. Matej Koiš
Acad. year: 2025/2026
Supervisor: Ing. Zbyněk Zajac
Reviewer: Ing. Rostislav Lang, Ph.D.
This master's thesis deals with advanced numerical analysis and the design of membrane structures, which represent the pinnacle of non-linear structural engineering. The primary contribution of this work lies in the presentation and verification of modern numerical procedures for the modelling and subsequent structural analysis of two fundamental types of membrane systems: single-layer prestressed membranes and pneumatic facades composed of ETFE cushions. In the course of this work, advanced form-finding methods were applied to spatially curved surfaces, demonstrating a critical dependence between the stability of the numerical model and the definition of prestress. The thesis provides fundamental insights into the interaction between lightweight structures and the surrounding urban environment, identifying risk phenomena through aerodynamic simulations that standard code-based procedures fail to capture. Furthermore, the analysis proves that the application of standard codes for snow loading on complex geometries exhibits significant limitations and may lead to an underestimation of the actual effects acting on the structure. A key finding is the confirmation of the sufficient load-bearing capacity of both analysed systems, where safe utilization of material capacity was demonstrated even under extreme climatic conditions. The thesis further emphasizes the necessity of adhering to specific principles for generating cutting patterns and utilizing recommended structural details near supports and apex rings. This directly contributes to eliminating the risks of irreversible deformations or local loss of prestress. The presented conclusions provide a comprehensive guide for designing reliable and slender structures that meet the demanding requirements of modern architecture for both aesthetics and functionality.
membrane structure, single-layer prestressed membrane, air cushion, form-finding, prestress, wind flow simulation
Date of defence
03.02.2026
Result of the defence
Defended (thesis was successfully defended)
Grading
A
Process of defence
Student Matej Koiš představil komisi formou prezentace svou diplomovou práci na téma Pokročilé metody modelování a výpočtů membránových konstrukcí. Po přečtení posudků vedoucího a oponenta předložené diplomové práce byly v rámci obhajoby zodpovězeny a diskutovány otázky oponenta. Otázka 1: V práci uvádíte: „Při návrhu byla snaha o maximální shodu orientace střihových hran s trajektoriemi hlavních napětí“ (str. 47). Vysvětlete důvody tohoto návrhového rozhodnutí a jeho vliv na chování membránové konstrukce. Student vysvětluje, jak postupoval stran návrhu orientace a jak by membrána mohla být znehodnocena nesprávnou orientací. Otázka 2: Popište vnitřní mechanismus deformace tkaných kompozitů, který se na makroskopické úrovni projevuje jako přetvoření. Diskutujte, které složky vnitřní deformace lze považovat za vratné a které za nevratné, a jak se tyto složky podílejí na celkové odezvě materiálu. Student popisuje, že při natažení dochází k natažení vláken v jednom směru a zkrácení v druhém směru a (ne)vratnost těchto procesů. Otázka 3: Jaké fyzikální veličiny určují rovnovážný tvar membránové konstrukce, který je výsledkem analýzy form-finding? Student odpovídá, že jsou to předpětí a tuhost materiálu plus eventuelně přetlak vzduchu. Otázka 4: V návaznosti na kapitolu 6.3.1 se prosím vyjádřete k otázce, zda je v membránové konstrukci možné dosáhnout přesně definovaných hodnot zadaného izotropního, resp. ortotropního předpětí, a jaké faktory tuto možnost ovlivňují. Student odpovídá, že ve výpočetním modelu je to za specifické geometrie možné, ale u reálné konstrukce je to téměř nemožné. Pokračuje v hodnocení vlivu jednotlivých faktorů. Otázka 5: Jaký způsob řízení (management) vnitřního přetlaku byl uvažován v případě pneumatické konstrukce zatížené větrem a sněhem? Student odpovídá, že uvažoval základní přetlak 3,5 KPa. Fasáda je vybavena senzory, které monitorují systém. V následné diskuzi k diplomové práci byly položeny následující otázky: Doc. Nečas komentuje souvislost s návrhem zavěšení konstrukce na lana. Z jakého počátečního tvaru membránové konstrukce se při návrhu vychází? Student komentuje, jak postupoval a jak se doiteroval k výslednému tvaru. Probíhá další diskuze na téma konvergence. Prof. Sokol se ptá na zatížení větrem - měly by se zahrnout i extrémní zatěžovací stavy z důvodu možnosti zbourání okolních staveb. Diskutuje se efekt bondingu. Prof. Lehký se ptá, zda existuje u membránových konstrukcí fenomén relaxace a jaký má vliv. Student odpovídá, že určitě existuje. Prof. Lehký se ptá, jaká je životnost těchto konstrukcí. Student uvádí, že okolo 20 až 25 let, než musí dojít k výměně.
Language of thesis
Czech
Faculty
Fakulta stavební
Department
Institute of Structural Mechanics
Study programme
Civil Engineering – Structural and Transport Engineering (NPC-SIK)
Composition of Committee
doc. Ing. Radim Nečas, Ph.D. (člen) prof. Ing. Jan Eliáš, Ph.D. (člen) prof. Ing. Jiří Kala, Ph.D. (člen) Ing. Rostislav Lang, Ph.D. (člen) prof. Ing. David Lehký, Ph.D. (místopředseda) prof. Ing. Milan Sokol, Ph.D. (předseda)
Supervisor’s reportIng. Zbyněk Zajac
Grade proposed by supervisor: A
Reviewer’s reportIng. Rostislav Lang, Ph.D.
Grade proposed by reviewer: A
Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová