在地板上使用更少的材料是提高建筑物可持续性的可行策略，因为它可以减少结构的环境足迹。然而，根据建筑工程助理教授内森布朗的说法，仅优先考虑这一目标可能会导致不必要的影响，例如房间内的回声或楼层之间传播的噪音。
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特性的方法。他们的研究结果在《建筑工程杂志》3 月印刷版之前在线发表。
“我们研究的令人兴奋的结果是，成型结构可以提高建筑物的隔音性能，同时减少结构系统的隐含碳排放，”建筑工程博士生、该论文的第一作者 Jonathan Broyles 说。
为了开始他们的调查，该团队使用 3D 建模软件创建了由可移动控制点连接的许多曲线组成的成形混凝土板。通过为程序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具有现实、定制约束的各种可能的设计。
继续努力寻找有利的设计——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和声学特性，以最大限度地减少不良声音。
“传统的优化专注于将一个值作为好或坏的设计，但在这种情况下，我们有两个值：一个用于评估结构性能，另一个用于评估声学性能，”该论文的通讯作者 Brown 说。“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完成潜在的设计，同时针对两个值的更好选择。”
该团队使用了许多方程来告知他们的优化约束。除了考虑质量之外，为了减少制造和安装板所需的排放量，研究人员还考虑了形状和刚度。根据布朗的说法，了解这些变量中的每一个对声学特性的影响将使团队能够降低传输的声波撞击平板的功率。
通过优化，研究人员确定了混凝土板设计比传统形状的板使用更少的混凝土并保持理想的声学特性。布朗说，这些发现为异形混凝土地板的设计奠定了基础，可以在不影响可持续性的情况下进行优化，以更好地与声音互动。Broyles 说，这项研究的部分动机是他的跨学科兴趣。
“我来到宾夕法尼亚州立大学是为了在结构工程和声学设计的交叉领域进行研究，”Broyles 说。“在与布朗博士会面后，我意识到可以在成型混凝土地板的优化研究中探索这个主题，以帮助了解可持续性和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了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，探索这种联系可以带来更可持续的建筑，而不会影响生活质量。
“这就是我对设计过程感兴趣的地方——尤其是对于必须做许多不同的事情并实现许多定量性能目标同时仍具有使建筑物成为我们想要居住的地方的定性特征的建筑组件，”布朗说。“我的许多核心研究议程都在于考虑我们可以衡量的这些定量目标，同时仍然让设计师自由和灵活地思考这些定性方面。”声学助理研究教授 Micah Shepherd 也为这项工作做出了贡献。
