宾夕法尼亚州立大学的研究人员研究了一种在混凝土楼板中更好地平衡可持续性和理想声学特性的方法，类似于这张照片中所示的方法，左图为建筑工程博士生乔纳森·布洛伊和建筑工程助理教授内森·布朗。这种与独立承包商乔纳森·博利克(Jonathan C. Boliek)合作制造的缩小尺寸的平板，是声学助理研究教授、论文合著者米卡·谢泼德(Micah Shepherd)未来研究的模型。信用:宾夕法尼亚州立大学凯尔比·霍切里瑟(Kelby Hochreither)，在地板上使用更少的材料是提高建筑可持续性的可行策略，因为它可以减少建筑的环境足迹。然而，根据建筑工程助理教授内森·布朗的说法，只优先考虑这个目标会导致不必要的影响——比如房间里的回声或楼层间的噪音。宾夕法尼亚州立大学的研究人员探索了一种优化混凝土楼板声学和结构性能的方法。他们的发现在3月份的《建筑工程杂志》印刷版之前在网上发表。
“我们研究的令人兴奋的结果是，成型结构可以提高建筑的隔音性能，同时减少结构系统的隐含碳排放，”建筑工程博士候选人、该论文的第一作者Jonathan Broyles说。
为了开始他们的研究，该团队使用三维建模软件来创建成型的混凝土板，该混凝土板由许多由可移动控制点连接的曲线组成。通过为progra m提供移动这些点时要遵循的参数，研究人员允许该软件生成各种可能的设计，并带有现实的、定制的约束。
继续努力寻找一个有利的设计——一个称为优化的过程——研究人员需要在两个方面测试生成的设计的性能。他们分析了结构特性，以满足建筑工程标准，并分析了声学特性，以尽量减少不良声音。
该论文的对应作者Brown表示:“传统优化侧重于将一个值作为设计好坏的目标，但在这种情况下，我们有两个值:一个用于评估结构性能，另一个用于声学性能。“我们建立了一个包含一些变量的模型，并使用计算机算法来遍历潜在的设计，同时为两个值寻找更好的选项。”
该团队使用了一些等式来说明他们的优化约束。除了考虑质量之外，研究人员还考虑了形状和刚度，目标是减少质量以减少制造和安装平板所需的排放。根据布朗的说法，了解这些变量对声学特性的影响将使研究小组能够降低发射声波撞击平板的功率。
通过优化，研究人员发现混凝土板设计比传统形状的板使用更少的混凝土，并保持了理想的声学性能。布朗说，这些发现为形状混凝土地板的设计奠定了基础，该地板可以优化以更好地与声音相互作用，而不会损害可持续性。
布洛伊说，这项研究的部分动机是他的跨学科兴趣。
布洛伊说:“我来宾夕法尼亚州立大学是为了从事结构工程和声学设计交叉领域的研究。“在我与布朗博士会面后，我意识到这个主题可以在异形混凝土楼板的优化研究中进行探索，以帮助理解可持续性与建筑声学之间的关系。”
该团队计划应用本研究中使用的方法来理解声学以外领域的可持续性和性能之间的权衡。根据布朗的说法，探索这种联系可以导致更可持续的建筑，而不会损害生活质量。
布朗说:“这就是我对设计过程感兴趣的地方——尤其是对于建筑构件来说，它们必须做许多不同的事情，实现许多反传统的性能目标，同时仍然拥有使建筑成为我们想要居住的地方的质量特征。”。“我的很多核心研究议程在于考虑这些我们可以衡量的量化目标，同时仍然给予设计师自由和灵活性去思考那些定性的方面。”
声学助理研究教授米卡·谢泼德也为这项工作做出了贡献。
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