拓扑优化技术——帮助建筑商减少桁架结构的碳足迹

建筑物是全球变暖的一个重要因素，这不仅体现在它们的持续运行上，也体现在它们的建筑材料上。桁架结构-，即那些纵横交错的对角线支柱阵列被用于整个现代建筑，从天线塔到大型建筑的支撑梁。它们通常是由钢或木材或两者的组合制成。但是，对于如何挑选正确的材料以最大限度地减少这些结构对全球变暖的贡献，几乎没有做过定量研究。

建筑材料中的"内含碳"包括材料生产(例如，开采和冶炼钢铁，或砍伐和加工树木)以及将材料运输到现场所使用的燃料产生的碳排放。它还包括用于建筑本身的设备产生的碳排放。现在，麻省理工学院研究人员已经做了详细的分析，并创建了一套计算工具，使建筑师和工程师在设计桁架结构时，能够最大限度地减少其内含碳，同时保持特定建筑应用所需的所有特性。虽然一般来说，木材产生的碳足迹要低得多，同时提供最大利益的地方使用钢材，可以达到一个优化的结果。

今天(2021年11月29日)发表在《工程结构》杂志上的一篇论文描述了这项分析。新系统利用了一种叫做拓扑优化的技术，它允许输入基本参数，如需要支持的负载量和结构的尺寸，然后产生针对不同特征的优化设计，如重量、成本以及对全球变暖的影响。研究人员表示，木材在压缩力下的表现非常好，但在涉及到张力时就不如钢铁了，有把结构拉开的趋势。

一般来说，木材的内含碳量要比钢材好得多，所以如果你有一个没有任何张力的结构，那么你肯定应该只使用木材，以尽量减少排放。研究人员开发的这个系统证明可以在不损失性能的情况下大大降低温室气体排放，可以实现至少10%的改进，但最终产生的实际效果可能是这个数字的两到三倍。

关键词：足迹结构桁架碳足迹

拓扑优化技术——帮助建筑商减少桁架结构的碳足迹

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