بنیاد Net-Zero: مشارکت های اصلی مهندسی ساختاری

مهندسان ساختاری اهداف انرژی صفر صفر را به واقعیت قابل ساخت تبدیل می کنند.تصمیمات اولیه آنها - مسیرهای بار، انتخاب های مادی و ساخت هندسه - تعیین تقاضای انرژی پایه پروژه را کاهش می دهد.یک سیستم ساختاری به خوبی طراحی شده نیاز به گرمایش مکانیکی و خنک سازی را به طور مستقیم کاهش می دهد و رد پای انرژی عملیاتی ساختمان را کاهش می دهد.

بهره وری و انتخاب مواد بار

هر عضو ساختاری هزینه کربن را حمل می کند، هر دو (از استخراج، تولید و حمل و نقل) و عملیاتی (از طریق اتصال حرارتی) مهندسین در حال حاضر اولویت بندی (FLT:0) بهره وری مواد ؛ با استفاده از حداقل مقدار مواد برای پشتیبانی ایمن از بارهای 0: این کاهش کربن تجسم شده و اغلب کاهش وزن ساختمان، اجازه می دهد پایه های کوچکتر و بتن بازیافت شده - یا جایگزین های کم کربن مانند کربن - جایگزین.

استراتژی های طراحی Passive که توسط ساختار قابل استفاده هستند

شکل ساختاری عملکرد منفعل را هدایت می کند.صفحه های کف عمیق می توانند نور روز را محدود کنند، در حالی که ساختمان های کم عمق و باریک، تهویه طبیعی را فعال می کنند. مهندسان با معماران همکاری می کنند تا نسبت های جهت گیری، نسبت پنجره به دیوار را بهینه کنند و سایه می دهند. جرم ساختاری [FLT 1 در بتن یا کف های ماسونی که گرما را در طول روز جذب می کنند و انتشار انرژی را کاهش می دهد، بنابراین می تواند بارهای تابشی بیشتری را کاهش دهد.

رانندگی مواد نوآورانه

پیشرفت در علوم مواد ارائه مهندسین ساختاری با ابزارهایی است که به طور همزمان کربن را کم کرده و بهره وری عملیاتی را بهبود می بخشد.

High-Performance Concrete و گزینه های کم کربن

بتن به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد مواد ساختمانی اما همچنین یک منبع عمده CO2 بتن کربن فعال تزریق CO2 در هنگام مخلوط کردن، به طور دائم آن را به دست آورد. Geotrophy] استفاده از محصولات صنعتی برای از بین بردن این جایگزین ها و حفظ انرژی در حالی که برش 80٪.

مواد تجدید پذیر و تجدید پذیر

فولاد بازسازی شده قدرت خود را حفظ می کند و اثرات استخراج را کاهش می دهد. (CLT) و گلومیوم به طور فزاینده ای برای ساختارهای متوسط استفاده می شود، کربن را ذخیره می کند و ساخت و ساز سریع تر را فعال می کند. Bamboo و hemp] برای ارائه گزینه های غیر قابل استخراج کربن، گزینه های تجدید پذیر است.

مواد هوشمند و پاسخگو

مواد تغییر فاز (PCMs) جاسازی شده در عناصر ساختاری جذب و آزاد انرژی حرارتی، تغییر بارهای خنک کننده.شکل-محافظه و خود شفا بتن کاهش نگهداری و گسترش عمر خدمات، کمک به صرفه جویی در انرژی چرخه عمر.

سیستم های ساختاری برای ادغام انرژی های تجدید پذیر

ساختمان های انرژی صفر خالص باید انرژی تجدید پذیر در محل تولید کنند. مهندسی سازه پشتیبانی و ارتباطات مورد نیاز برای ادغام نسل با خیال راحت و کارآمد را فراهم می کند.

سقفی و Photovoltaics

آرایه های استاندارد PV اضافه کردن مرده و بارهای زنده به سقف ها. مهندسان باید ظرفیت موجود یا طراحی ساختارهای جدید برای کنترل وزن، باد و برف را تغییر دهند. ساخت فتوولتائیک های یکپارچه (BIPV) [FLT 1 جایگزین لباس های معمولی یا مواد سقف، تبدیل کل پاکت به یک ژنراتور برق، اطمینان از پانل های مقاومت در برابر باد، و الزامات مقاومت لرزه ای.

پشتیبانی از توربین باد

توربین های بادی در مقیاس کوچک در ساختمان ها نیاز به باد مقاوم در برابر ارتعاشات و تجزیه و تحلیل بار-path دارند. ساختار مرطوب کننده و تنظیم توده مرطوب کننده ها نوسانات را کاهش می دهد، اطمینان از راحتی و طول عمر توربین برای توربین های بزرگ، پایه ها باید در برابر بازگشت لحظات و خستگی چرخه مقاومت کنند - طراحی هایی که مهندسان ساختاری را هدایت می کنند.

Geoblo و Balance Storage حرارتی

میدان های سوراخ و پمپ های حرارتی منبع زمین نیاز به محاسبات بار زیر سطح دقیق دارند. سیستم های ساختمانی فعال (TABS) آب را از طریق اسلای بتنی یا دیوارها، با استفاده از توده ساختار به عنوان یک باتری حرارتی، این رویکرد به خوبی با انرژی خورشیدی و نسل بادی، کاهش استخراج گرما به زمان مازاد تجدید پذیر.

طراحی مجدد برای تغییر آب و هوا

شهرهای صفر خالص باید بدون از دست دادن عملکرد به طور فزاینده ای در برابر آب و هوای شدید مقاومت کنند.تحریم ساختاری تضمین می کند که ویژگی های کارآمد انرژی - مانند پنجره های بزرگ برای روشنایی روز یا آرایه های PV پشت بام - طوفان های شورشی، امواج گرما و سیل.

آب و هوا و ذهنیت های Seismic

مناطق طوفانی-پروne نیاز به ساختمان برای مقاومت در برابر بالا باد بالا و اثرات زباله بدون نفوذ در پاکت زلزله، در مناطق لرزه ای، اتصال ساختاری جلوگیری از فروپاشی؛ مهندسان طراحی اتصالات انرژی غیر قابل تفکیک که محافظت از نماهای لعاب و تاسیسات خورشیدی است. Passive سوvivability [F:1] - توانایی حفظ دماهای قابل سکونت بدون سیستم های فعال - در هنگام خاموش کردن برق و خاموش کردن مواد شیمیایی در هنگام خاموش کردن جرم و خاموش.

برنامه های کاربردی Reuse و انعطاف پذیر طبقه

بازسازی ساختارهای موجود برای صفر خالص اغلب پایدارتر از ساخت و ساز جدید است. مهندسین سازه ظرفیت بار برای اضافه کردن PV، عایق اضافی یا سیستم های مکانیکی جدید را ارزیابی می کنند.طراحی برای انعطاف پذیری - به عنوان مثال، کف های طولانی که اجازه می دهند دوباره پیکربندی شوند - نیاز به بازسازی عمده، صرفه جویی در کربن را کاهش می دهد.

مدل سازی محاسباتی و بهینه سازی

مهندسی ساختاری مدرن بستگی به ابزارهای دیجیتال دارد که عملکرد را شبیه سازی می کنند، استفاده از مواد را بهینه می کنند و با مدل سازی انرژی ادغام می شوند.

BIM و شبیه سازی عملکرد

مدل سازی اطلاعات ساختمان اجازه می دهد تا داده های ساختاری، انرژی و MEP را مبادله کنند. [۱] ابزار پارامتریک اجازه می دهد تا آزمایش سریع صدها طرح ساختاری برای به حداقل رساندن مصرف انرژی را داشته باشد. Finite Element Analysis (FEA) پیش بینی می کند که حرارت در اتصالات، مهندسان را قادر می سازد تا جزئیاتی را که کاهش گرما را کاهش می دهد، مشخص کنند.

طراحی عمومی و بهینه سازی Topology

الگوریتم های مولده، فرم های ساختاری تولید می کنند که دقیقاً در جایی که نیاز به بهینه سازی بالاولوژی دارند، اغلب به تلکس های طولانی یا اسلیم انتقال داده می شوند، می توانند وزن فولاد را تا 20 تا 30 درصد کاهش دهند، در حالی که سفتی را حفظ می کنند.شکل های ارگانیک حاصل شده نه تنها کارآمد هستند، بلکه می توانند با استفاده از رباتیک یا تولید افزودنی، کاهش زباله بیشتر.

چالش های در مسیر Net-Zero

علی رغم پیشرفت ابزارها و مواد، مهندسان ساختاری با موانع عملی در ارائه شهرهای انرژی صفر خالص مواجه هستند.

محدودیت های هزینه و دسترسی به مواد

بتن کم کربن و چوب توده می تواند اولین حق بیمه را حمل کند. توسعه دهندگان اغلب بودجه پیش از موعد را بر روی پس انداز چرخه عمر اولویت می دهند. مهندسین ساختاری باید ارزش بلند مدت را از طریق تجزیه و تحلیل هزینه های عمر (FLT:0) نشان دهند مواد منبع محلی ممکن است در کیفیت متناقض باشند، نیاز به مشخصات دقیق و تست.

کد و تنظیم مقررات Hedles

بسیاری از کدهای ساختمانی عقب مانده از نوآوری - به عنوان مثال، محدود کردن ارتفاع ساختمان برای چوب توده ای توده ای یا مقادیر عایق بندی پیش از توصیف که مزایای توده حرارتی را نادیده می گیرند. مهندسین با مقامات کد و نهادهای صنعتی کار می کنند تا استانداردهای مبتنی بر عملکرد را که به طراحی یکپارچه پاداش می دهند، فشار دهند.

آینده همکاری

دستیابی به صفر خالص در مقیاس شهری نیازمند مهندسان ساختاری است تا با معماران، مشاوران انرژی، طراحان شهری و سیاست گذاران همکاری نزدیکی داشته باشند.

تیم های بین رشته ای و طراحی یکپارچه

[IPD] تحویل پروژه (IPD) همه ذینفعان را از مفهوم اولیه ساختاری هماهنگ می کند، مهندسان به بهینه سازی پاکت، استراتژی های هدایت نور روز و بودجه های کربن تجسم شده کمک می کنند.

سیاست و آموزش

مهندسان سازه از تغییرات منطقه ای که اجازه می دهند ساختمان های آماده تجدید پذیر (به عنوان مثال سقف های آماده خورشیدی، ظرفیت شارژ بی سیم الکتریکی) را در نوشتن کدهای ساختمان سبز محلی شرکت می کنند و مهندسان آینده را در مورد اصول صفر خالص آموزش می دهند. ASHRAE و ELNR [FLT3]

نتیجه گیری: ایجاد یک Net-Zero Tomorrow

مهندسی ساختاری یک شرکت منفعل در انتقال خالص صفر نیست - یک نیروی محرک است.از انتخاب مواد کم کربن و فعال کردن طراحی منفعل برای حمایت از نسل های تجدید پذیر و اطمینان از انعطاف پذیری، مهندسان ساختاری شهرهای انرژی خالص صفر - به عنوان ابزار محاسباتی، علم مواد، و شیوه های مشترک ادامه می دهد، این حرفه نقش بزرگتری در شکل دادن به محیط های شهری ایفا می کند که هر دو پایه و کار پنهان هستند، اغلب در داخل پایه های سخت افزاری پنهان شده است.