Адаптивные конструкции сокращают углеродный след зданий и выдерживают ураганы. Как?

Новые методы строительства сокращают углеродный помогут экологии. Ученые из EPFL (Федеральной политехнической школы Лозанны) разработали новые методы проектирования строительных конструкций и управления ими. Их особенность в том, что они автоматически адаптируются к нагрузке. Цель — снижение воздействия строительного сектора на окружающую среду.

04.12.2020 Вакол свету Аўтар: Анастасия Никифорова Крыніца: +1

Рассказываем почему эти меры необходимы и есть ли у новых конструкций будущее? И, главное, поможет ли новая разработка?

 

Как строительство влияет на окружающую среду?

Строительная промышленность — крупнейший потребитель сырья и отвечает за треть мирового спроса на энергию. Для решения текущих экологических проблем отрасли пора найти новые способы строительства.

Дженнаро Сенаторе, ученый из Лаборатории прикладных вычислений и механики ENAC (IMAC) и руководитель исследовательского проекта подчеркивает: «На строительную среду приходится до 40-50% общих выбросов CO₂ за весь срок службы зданий».

Этот показатель частично объясняется традиционными методами проектирования зданий. Строительные конструкции создаются так, чтобы выдержать особенно тяжелые нагрузки — сильный ветер, землетрясения и большие скопления людей. Однако на деле такие ситуации случаются редко. Проще говоря, способности конструкций выдерживать такие условия нужна не всегда, а время от времени. Лучше всего для строительства подходят адаптивные конструкции, которые меняются в зависимости от факторов среды.

Инновационность нового метода строительства заключается как раз в использовании адаптивных конструкций, вместо пассивных, т.е. обычныхОни меняются в зависимости от условий нагрузки для обеспечения необходимой прочности и безопасности зданий, мостов и т.д.. Кроме того, адаптивные конструкции способны справляться с экстремальными нагрузками лучше обычных.

Основной критерий нового экологически чистого проектирования — минимизация потребности таких структур в энергии за весь эксплуатационный период. Речь идет об энергии, которая необходима для обнаружения угроз, управления и приведение в действие механизмов защиты от погодных факторов. Кроме того, много энергии тратится на материалы и само строительство. Такой тип энергии называется воплощённой.

 

Как конструкции адаптируются к условиям нагрузки?

Для того, чтобы выяснить жизнеспособность нового метода проектирования и системы оптимизации управления, команда IMAC разработала прототип в форме пешеходного моста. Он способен пассивно воспринимать обычную нагрузку. Но если она увеличивается выше определенного порога активации, его структуры адаптируются за счет изменения формы.

 IMAC, EPFL.

Сама система адаптивных конструкций включает в себя ряд датчиков, блоков управления и исполнительных устройств. «Каждый элемент конструкции оснащен датчиком деформации, а система оптического слежения фиксирует движение конструкции. Машинное обучение определяет источник и интенсивность приложенной нагрузки, — объясняетАрка Прабхата Рексовардоджо, ассистент доктора наук в IMAC. — Блоки управления обрабатывают информацию, полученную от датчиков, и дают команду исполнительным устройствам расширяться и сжиматься, тем самым управляя конструкцией, которая изменяется при изменении внешней нагрузки».

 IMAC, EPFL.

Меньшая воплощенная энергия и масса

Длина прототипа-пешеходного моста составляет 6,6 м, ширина — 1 м, а глубина — всего 16 см. В итоге, соотношение пролета к глубине в три раза выше, чем у пассивных конструкций. Именно этот показатель отвечает за то, как обычные конструкции выдерживают нагрузку. Чем выше коэффициент, тем сильнее их деформация. Это как пластиковая линейка, которую человек сгибает в руках. Способность уменьшать отклонения за счет активного управления позволяет создавать новые типы структур для сверхтонких адаптивных зданий и мостов.

 EPFL / Ален Херцог.

Как объясняют ученые, конструкция спроектирована таким образом, чтобы противодействовать эффектам нагрузки за счет контроля формы. Еще один фактор, который делает структуру IMAC инновационнойее способность адаптироваться к нагрузке за счет изменения конфигурации. Проще говоря, конструкция требует меньшей массы и воплощенной энергии как раз благодаря способности изменять форму под нагрузкой.

 

Потенциал разработки

Адаптивные конструкции представляют собой альтернативу традиционным инженерным сооружениям с регулируемой жесткостью. Они требуют меньше материальных и энергетических ресурсов для соблюдении критических требований безопасности. Такие структуры особенно полезны, когда архитектура постройки рассчитана на сильные, но редкие нагрузки (например, на ураган). Высотные здания получат наибольшую выгоду от разработки: градостроители смогут оптимизировать пространство в городах с высокой плотностью населения.

 EPFL / Ален Херцог.

Комбинация низкого энергопотребления и сверхтонкой конструкции делает адаптивные конструкции уникальными для инженерии и сокращает влияние строительства на окружающую среду и общество.


ІНШЫЯ НАВІНЫ РУБРЫКІ

Падзяліцца: 04.12.2020

Перадрук матэрыялаў магчымы пры абавязковай наяўнасці зваротнай і актыўнай гіперспасылкі.