Embodied carbon optioneering for building structures

The environmental impact of buildings has become a critical concern in the construction industry, particularly regarding the Embodied Carbon emissions. This research explores a methodology for evaluating the Embodied Carbon intensity of the structural system of an entire building by examining that of a representative portion (structural bay). The approach takes into consideration the common structural elements shared between the bays of the building to avoid redundancy and overestimation of the intensity in the assessment process. The findings demonstrate that obtaining the Embodied Carbon intensity of only a portion (one bay) of the building’s structural system is enough to have an idea of the entire building’s Embodied Carbon by extrapolating that of the studied portion using a certain percentage. Moreover, this study evaluates the change in the Embodied Carbon intensity of the structural system, through an optimization process involving the modification of the parameters of the portion’s structural elements such as the material (Reinforced Concrete, Structural Steel, Mass Timber), steel grade, sections, and shapes. This approach not only streamlines the evaluation process but also contributes to more sustainable design practices by providing a holistic perspective on embodied carbon in building structures from the early-design stage.

L'impatto ambientale degli edifici è diventato una preoccupazione critica nell'industria delle costruzioni, in particolare per quanto riguarda le emissioni di carbonio incorporato. Questa ricerca esplora una metodologia per valutare l'intensità del carbonio incorporato del sistema strutturale di un intero edificio esaminando quella di una parte rappresentativa (campata strutturale). L'approccio tiene conto degli elementi strutturali comuni condivisi tra le campate dell'edificio per evitare la ridondanza e la sovrastima dell'intensità nel processo di valutazione. I risultati dimostrano che ottenere l'intensità del carbonio incorporato di solo una parte (una campata) del sistema strutturale dell'edificio è sufficiente per avere un'idea del carbonio incorporato dell'intero edificio, estrarre quello della porzione studiata utilizzando una certa percentuale. Inoltre, questo studio valuta la variazione dell'intensità del carbonio incorporato del sistema strutturale attraverso un processo di ottimizzazione che coinvolge la modifica dei parametri degli elementi strutturali della porzione, come il materiale (calcestruzzo armato, acciaio strutturale, legno massiccio), la classe dell'acciaio, le sezioni e le forme. Questo approccio non solo semplifica il processo di valutazione, ma contribuisce anche a pratiche di progettazione più sostenibili fornendo una prospettiva olistica sul carbonio incorporato nelle strutture degli edifici fin dalla fase di progettazione iniziale.