Влияния геометрических параметров на теплотехнические характеристики и материалоемкость строительных конструкций, возводимых методами аддитивного производства

Внедрение аддитивных технологий в строительную отрасль ведет к технологическому обновлению всего строительного комплекса. Строительная 3D-печать формирует принципиально новый подход не только к производственным процессам, но и к самой архитектуре, открывая новые, беспрецедентные возможности. Обладая значительным потенциалом для оптимизации процессов и снижения материалоемкости, аддитивное производство открывает перспективы для устойчивого развития высокоэффективного строительства. Несмотря на растущий интерес к аддитивным технологиям, вопросы их комплексной оценки и оптимального применения требуют дальнейшего изучения. Особую актуальность приобретает системный анализ теплотехнических характеристик строительных конструкций, создаваемых методами 3D-печати. Статья посвящена актуальной проблеме оптимизации строительных конструкций, возводимых методами аддитивного производства. Несмотря на увеличение распространения 3D-печати в строительстве, комплексное исследование взаимосвязи геометрических параметров, теплотехнических характеристик и материалоемкости остается недостаточно изученным. Целью работы является оценка влияния ключевых геометрических параметров на эксплуатационные и ресурсные показатели ограждающих конструкций. В исследовании применялась комплексная методика, сочетающая параметрическое моделирование с последующим теплотехническим анализом. Были рассмотрены три различные конфигурации стеновых элементов с синусоидальной геометрией, варьируемые по толщине стенки и количеству синусоид. Практическая значимость работы заключается в разработке принципов проектирования оптимальных строительных конструкций для аддитивного производства, позволяющих одновременно достигать снижения материалоемкости и улучшения энергоэффективности. Полученные результаты представляют ценность для дальнейшего развития устойчивого строительства и оптимизации ресурсопотребления в строительной отрасли.

1. Галишникова В.В., Коренева А.И. Технико-экономическое сравнение строительства зданий с применением аддитивной и традиционной технологий производства. Строительное производство. 2025. № 2. С. 118-127.

2. Петросян Р.С., Абрегов М.А. Перспективы внедрения аддитивных технологий при проведении капитального ремонта многоквартирных жилых домов (МКД). Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2024. С. 255-259.

3. Титов Г.А. Материалы для аддитивных технологий в строительстве. Инженерные исследования. 2022. № 3 (8). С. 38-49.

4. Сулейманова Л.А., Огнев Н.В. Оценка возведения стен здания с помощью 3d-принтера в сравнении с традиционным строительством из бетонных блоков. Университетская наука. 2017. № 2 (4). С. 13-15.

5. Красных С.С., Шапошников А.В. Использование технологии 3d-печати при строительстве малоэтажных зданий. Техника и технологии строительства. 2025. № 1 (41). С. 45-51.

6. Kazemian A., Yuan X., Meier R., Khoshnevis B. Performance-Based Testing of Portland Cement Concrete for Construction-Scale 3D Printing. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 2: 13–35. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00002-6

7. Hambach M., Rutzen M., Volkmer D. Properties of 3D-Printed Fiber-Reinforced Portland Cement Paste. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J. G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 5: 73–113. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00005-1

8. Nam Y.J., Hwang Y.K., Park J.W., Lim Y.M. Fiber-Reinforced Cementitious Composite Design with Controlled Distribution and Orientation of Fibers Using Three-Dimensional Printing Technology. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 4: 59–72. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00004-X

9. Sanjayan J.G., Nematollahi B. 3D Concrete Printing for Construction Applications. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 1: 1–11. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00001-4

10. Feng P., Meng X., Chen J.F., Ye L. Mechanical Properties of Structures 3D-Printed With Cementitious Powders. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 9: 181–209. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00009-9

11. Xia M., Nematollahi B., Sanjayan J.G. Properties of Powder-Based 3D Printed Geopolymers. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 13: 265–280. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00013-0

12. Abdalla, H., Parvez Fattah, K., Abdallah, M., Tamimi, A.K., Tajani, F., Locurcio, M., Di Liddo, F., 2021. Environmental footprint and economics of a full-scale 3D-printed house, 2021 Sustainability 13, 11978. https://doi.org/10.3390/SU132111978-11978-13.

13. Берсенева М.Л., Клиндух Н.Ю., Данченко Т.В., Якшина А.А. Экономическая эффективность аддитивных технологий в строительной отрасли. Вестник евразийской науки. 2020. Т 12. №1. С. 3.

14. Тиньков С.А., Нарежная Т.К. Использование строительного 3d принтирования для решения жилищных проблем населения. Экономика и предпринимательство. 2021. № 6 (131). С. 1261-1265.

15. В.П. Грахов, С.А. Мохначев, О.В. Бороздов. Влияние развития 3D-технологий на экономику строительства // Фундаментальные исследования. – 2014. – 11–12: 2673–2676. DOI:10.18720/CUBS.63.4

16. Gaudillière N., Duballet R., Bouyssou C., Mallet A., Roux Ph., Zakeri M., Dirrenberger J. Building Applications Using Lost Formworks Obtained Through Large-Scale Additive Manufacturing of Ultra-High-Performance Concrete. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 3: 37–58. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00003

17. Cao X., Li Z. Factors Influencing the Mechanical Properties of Three-Dimensional Printed Products From Magnesium Potassium Phosphate Cement Material. In 3D Concrete Printing Technology, 1st ed.; Sanjayan J.G., Nazari A., Nematollahi B., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands. 2019: 10: 211–222. DOI:10.1016/B978-0-12-815481-6.00010-5