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2017年10月29日 星期日 放大 缩小 默认   
用混凝土建造超薄弯曲屋顶
李忠东
  混凝土可以追溯到古老的年代,其所用的胶凝材料为粘土、石灰、石膏和火山灰等。自19世纪20年代出现了波特兰水泥后,由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性,而且原料易得,造价较低,特别是能耗较低,因此用途极为广泛,成为世界上最受欢迎的建筑材料之一。随着科学技术的发展,研究人员一直在其中寻求新的突破。现在,来自苏黎世联邦理工学院的工程师团队开发一种更高效的建造方式,打造出一种平均厚度只有几厘米的超薄而且具有弧度曲线的屋顶,专门用来支持建筑物中的节能系统。它高7.5米,最厚的地方12厘米、最薄处仅3厘米。另外,这个屋顶的表面积有160平方米,而其覆盖的地面面积为120平方米。

  在打造过程中,工程师们并没有采用定制、一次性的木头或泡沫支架,而是使用他们自己设计的一种新技术。一张钢索网被拉伸到想要的形状,然后再在上面放置聚合织物形成一个灵活的模板。形状可以通过瑞士国家能力中心数字制作中开发的计算方法控制,确保力能均匀地发布在各钢索间并决定每个部分所需要的混凝土量。钢索网随后可以被拆掉,重复使用和重新调整。研发团队总共使用了 500 公斤钢索网、300 公斤聚合织物和20 吨湿的混凝土,成功打造出这次测试的薄型曲线屋顶。

  这个超薄且具弧度曲线的屋顶是为一个叫做HiLo的公寓设计,旨在实现建筑能源平衡的目标。在上下两层超薄的混凝土覆盖层之间,有着绝缘的加热、冷却盘管,以及薄膜太阳能光伏电池。整个项目的准备工作用了4年时间,屋顶原型花了6个月完成,现在为了给其他建筑体测试让路已经拆除, HiLo公寓计划于明年在瑞士苏黎世杜本多夫的NEST实验室建造,工期将缩短至8到10周。这一设计将允许作为学校生活实验室设施之一的 NEST 产生比其消耗的更多的能源,给EMPA的客座教授提供生活和工作空间。

  “超薄且具有弧度曲线的屋顶的开发成功,证明可运用一种轻型灵活的模板来建造复杂的混凝土结构,而且能在不浪费大量材料的情况下施工。由此可见,给NEST 大楼建造超薄且具弧度曲线的屋顶的建造计划切实可行。”项目负责人菲利普·布洛克表示,“研发团队未来计划深入研究水泥成分不同产生的差异,并进一步探讨技术如何用于支撑结构。希望找出比例最好的混合方式,要够厚重到可黏着在垂直表现上,同时又得具有流动性,才能运用为这项研究设计的应用程序来喷洒。”

  太阳能发电是一种越来越可行的能源生产方式,越来越多的国家正在大规模投资太阳能基础设施。安装在屋顶的太阳能电池板并不是什么新鲜事,在过去的几年里已经出现了各种先进的技术版本。但苏黎世联邦理工学院超薄且具有弧度曲线的屋顶除了高效之外,比以前的版本便宜很多。得益于像 HiLo 屋顶这样的项目,普通个人在自己的家里将拥有更多的太阳能发电方式。李忠东  

     
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