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UHPC:让工程材料回归结构


来源:米乐m6登录米乐平台    发布时间:2024-02-15 08:58:42

  UHPC作为具有超高力学性能和超高耐久性的水泥基工程材料,实现了材料性能的大跨越,成为工程界炙手可热的新材料,大范围的应用于土木工程及建筑结构领域,同时也延伸到建筑幕墙装饰等行业。 创新材料的应用自然会面临着一些难题与痛点,加之社会大众对UHPC材料价格与工程质量的乱象的存在争议,在某些特定的程度上限制了UHPC的应用。

  UHPC作为过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料,很适合用于大跨径桥梁、抗爆结构、薄壁结构,以及高腐蚀、高磨蚀的环境。让工程材料回归结构,紧密将材料与工程问题相结合,才能真正发挥优势和价值。旁引两则案例以供思考与借鉴。

  伊拉克中央银行(CBI)新总部由“曲线女王”、解构主义大师扎哈·哈迪德生前设计,设计理念源自巴格达底格里斯河倾斜的河岸,传达了该机构稳固、稳定和可持续性的核心价值观。

  建筑高170米,其构成根据场地的限制条件量身定做,塔楼底部狭窄,中间加宽以优化布局和提高效率,然后向内逐渐向顶部倾斜,大中庭将自然光带到建筑的中心。坚固的“外骨骼”结构逐渐打开和减少,逐层升到空中,给整个大厦带来更大的亮度和空间。

  强大的结构性“外骨骼”构成了立面,其本身由开放和封闭元素的交替模式组成,从视觉和概念上模拟了下面河流中波浪反射的光线,加强设计的动态性。外骨骼向河流方向垂直分层剥落,逐步加强了与底格里斯河的关联关系。

  这些结构层延伸了塔楼的长度,并继续延伸到裙楼,以连接建筑的独立元素,并定义CBI的安全功能。外骨骼固有的流动性既有结构上的,也有建筑上的,与工程完全一致,并延伸到结构的整个建筑。

  原来的中央银行建于1985年,在动荡的伊拉克历史下饱经沧桑,2010年6月,这所建筑在一次武装暴乱中遭到猛攻,损毁严重。所以,在对新的伊拉克中央银行的设计的基本要求中,关于建筑的安全性能方面被着重强调,银行要求哈迪德的设计作品要能抵御的袭击。

  因此,这座标志性的建筑在选材时也十分谨慎,采用了颇具创新性的水泥基工程材料UHPC作为结构的首选原料。在确认选用UHPC作为该建筑材料之前,进行了大规模的爆破试验,报告数据证明了该解决方案的强度、稳定性和耐久性。

  UHPC在能够高度实现建筑规划设计方案结构轻盈、美观渗透的同时,亦能给建筑带来高强度的保护。可以确保CBI能够履行其重要的业务职能,进一步发挥其为伊拉克稳定、发展和经济增长服务的作用。

  全新的上海大歌剧院坐落于世博后滩,紧邻黄浦江岸。作为艺术家和公众的艺术殿堂,上海大歌剧院蕴含了动态的理念。正如歌剧演员表演时的身体舞动,抑或一面扇子的动态展开,均为大歌剧院的外表面和内部空间注入灵感,饱含东方地域特色。

  上海大歌剧院巨大的阶梯螺旋状上升,延伸到空中,恰似折扇扇柄。如扇子般展开的屋面形成了可上人的表面以及屋面之下的空间,同时,屋面的几何展开自然的形成螺旋楼梯,连接了地面与天空,并创造出面向上海核心城区和黄浦江岸的绝佳观景点。

  为让“中国扇”在黄浦江畔绽放,建设过程中运用了新材料、新技术。作为“扇轴”部分的室外螺旋楼梯设计为轻薄且无支撑的结构形态,其整体悬挑长度达30米,包含15米的超长悬挑梁板结构。

  而“扇轴”核心A区悬挑楼梯梁截面高度受建筑尺寸限制,只有725毫米高,钢结构等常规工艺很难实现形体,因此,对A区结构采用UHPC进行打造,而UHPC作为建筑结构中大规模的单独受力构件,在国内尚属首例。

  为了完成复杂结构施工,项目部成立了UHPC攻关小组,并实施了预制构件足尺实验、核心区结构设计的具体方案、核心区结构施工技术可行性的三项攻关任务,形成了推动整项建设的核心驱动力。

  经过足尺实验,UHPC预先制作的构件的抗裂检验、挠度检验、承载力检验均满足混凝土质量检验要求,证明拥有非常良好的力学性能。

  作为未来亚洲演艺中心的文化巨舰,建成后的上海大歌剧院将成为中国第一座集演出交流、创制排演、艺术教育等于一体,兼顾歌剧艺术交流、历史展示、理论研究等功能的剧院综合体。

  我国最早开展超高性能混凝土材料性能研究并将其成功应用于多项工程的学者之一,湖南大学土木工程学院教授黄政宇在接受《中国建材报》采访时表示,UHPC材料研发要以工程需求为导向,紧密地将材料与工程问题相结合,做好充足的科学研究以后,再进行市场化推广应用,才能真正将材料运用到实处。

  1.《黄政宇:UHPC材料研发要以工程需求为导向》,向吴跃,《中国建材报》2023-08-03

  2.《国内首例UHPC作大规模单独受力构件,上海建工数字化技术造“中国扇”》,上海建工 2023-07-27