Ультратонкая бетонная крыша в энергоэффективном дизайне

Тем самым было продемонстрировано, что сложные бетонные конструкции могут быть сформированы без использования большого количества материала, применяемого в строительстве

Исследователи из ETH Zürich разработали и изготовили ультратонкую изогнутую бетонную кровлю с использованием инновационных методов проектирования и строительства, которая, кроме всего, способна генерировать фотоэлектрическую энергию.

Самонесущая кровля с множеством изгибов имеет несколько слоев: нагревательные/охлаждающие змеевики и изоляция установлены над внутренним бетонным слоем. На второй, внешний слой бетонной многослойной конструкции строители установили тонкопленочные фотоэлектрические элементы.

В конечном итоге, строение будет обладать положительным энергетическим балансом, то есть жилой блок будет генерировать больше энергии, чем потреблять. Испытанная новая опалубочная система предназначена для строительства жилого комплекса на крыше лабораторного здания в Дюбендорфе под названием HiLo.

Прототип, который был разобран для проведения будущих экспериментов, имел высоту 7,5 м и площадь поверхности 160 м². Бетон имел среднюю толщину 5 см, варьирующуюся от 3 см по краям до 12 см на опорных поверхностях крыши.

Вместо опалубки из древесины или фрезерованной пены, которая была бы необходима для реализации такой сложной формы, исследователи использовали сетку из стальных тросов, натянутых в многоразовой конструкции лесов.

Эта кабельная сеть удерживала полимерный текстиль, который и послужил опалубкой для бетона. Это не только позволило исследователям значительно сэкономить на материалах для строительства, но и предоставить решение для эффективной реализации совершенно новых видов дизайна.

Еще одним преимуществом гибкого решения для опалубки стало то, что во время бетонирования кровли область под ней остается свободной и, таким образом, это дает возможность одновременно выполнять внутренние строительные работы.

Кабельная сеть спроектирована так, чтобы принимать желаемую форму под весом мокрого бетона, благодаря методике расчетов, разработанной группой исследователей в области цифрового моделирования. Алгоритмы обеспечивают правильное распределение усилий между отдельными стальными кабелями, а кровля принимает точно заданную форму.

Кабельная сеть весит всего 500 кг, а текстильная составляющая - 300 кг. Таким образом, 800 кг материала способны выдержать 20 тонн влажного бетона. Эксперты распыляли бетон, используя метод, разработанный специально для этой цели, гарантируя, что текстиль сможет выдержать давление в любой точке.

Ученые определили подходящую бетонную смесь, которая должна была быть достаточно жидкой, чтобы ее можно было распылять и подвергать вибрации, но в то же время достаточно вязкой, чтобы она не стекала с тканной опалубки, даже в вертикальном положении.

Команда строила прототип в течение шести месяцев. «Было показано, что можно построить захватывающую тонкую бетонную конструкцию из оболочки с использованием легкой гибкой опалубки, демонстрируя тем самым, что сложные бетонные конструкции могут быть сформированы без использования большого количества материала, применяемого в строительстве».

Отдельные компоненты конструкции крыши можно использовать повторно. Кабельная сеть может быть разобрана на несколько частей, которые можно быстро собрать и перемонтировать.

Источник: ETH Zürich