麻省理工学院的研究人员创造了一套计算工具，使建筑师和工程师能够设计桁架结构，使其包含的碳最少，同时保持给定建筑应用所需的所有特性。功劳:麻省理工学院建筑是全球变暖的一大元凶，不仅仅是因为它们正在进行的操作，还因为它们的建筑材料。桁架结构——在现代建筑中，从天线塔到大型建筑的支撑梁，都使用交叉排列的对角撑杆——通常由钢或木材或两者的组合制成。但是对于如何选择合适的材料来最小化这些结构对全球变暖的影响，很少进行定量研究。建筑材料中的“含碳物质”包括材料生产(例如，采矿和炼钢，或砍伐和加工树木)以及将材料运输到现场所用的燃料。它还包括用于建筑本身的设备。
现在，麻省理工学院的研究人员已经做了详细的分析，并创建了一套计算工具，使建筑师和工程师能够设计桁架结构，使其包含的碳最少，同时保持给定建筑应用所需的所有性能。他们说，虽然一般来说，木材产品的碳足迹要低得多，但在性能可以提供最大利益的地方使用钢可以提供最佳结果。
研究生欧内斯特·程和麻省理工学院土木与环境工程助理教授约瑟芬·卡斯滕森今天在《工程结构》杂志上发表的一篇论文中描述了这一分析。
卡斯滕森说:“建筑是一个巨大的温室气体排放源，在过去的几十年里一直在雷达下飞行。但近年来，建筑设计师“开始更加关注如何不仅减少与建筑使用相关的运行能源，而且减少与结构本身相关的重要碳。”这就是新分析的来源。
她说，减少桁架结构碳排放的两个主要选择是替代材料或改变结构。然而，她说，在帮助设计者找出特定情况下的最小化排放策略的工具上，却“出奇地少”。
新系统利用了一种称为拓扑优化的技术，该技术允许输入基本参数，例如要支撑的负载量和结构尺寸，并可用于产生针对不同特性(例如重量、成本，或者在这种情况下，全球变暖的影响)进行优化的设计。
木头在压力下表现得很好，但在张力下就不如钢了——张力就是一种将结构拉开的趋势。卡斯滕森说，总的来说，就嵌入碳而言，木材远优于钢材，所以“尤其是如果你的结构没有任何张力，那么你绝对应该只使用木材”，以最大限度地减少排放。她说，一个折衷是“结构的重量会比用钢时更大”。
他们开发的工具是程先生硕士论文的基础，可以应用于不同的阶段，要么是结构的早期规划阶段，要么是设计的后期阶段。
作为一项练习，该团队开发了一个使用这些优化工具重新设计几个桁架的提案，并证明了在不损失性能的情况下，可以显著节省隐含的温室气体排放。虽然他们已经表明至少可以实现10%的改善，她说这些估计“不完全是苹果对苹果”，实际上可能节省2到3倍。
“这是关于更明智地选择材料，”她说，针对给定应用的具体情况。通常在现有的建筑中，“有压力的地方会有木材，有意义的地方会有木材，有张力的地方会有非常细的钢构件，有意义的地方。这也是我们在建议的设计解决方案中看到的，但也许我们可以看得更清楚。”她说，这些工具还没有准备好投入商业使用，因为它们还没有增加用户界面。
卡斯滕森看到了大型建筑越来越多地使用木材的趋势，这代表着减少全球整体碳排放的重要潜力。“建筑行业对mas的木材结构有很大的兴趣，这正好说明了这一点。因此，我们希望这能进入建筑行业，并切实减少对温室气体排放的巨大贡献。”
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