摘要：UHPC (超高性能混凝土)是具有超高强度，超低吸水率，超强耐久性和耐侵蚀性能的特殊混凝土。在实际应用中，UHPC的超高强度通过小掺量的耐碱玻璃纤维，聚乙烯醇纤维，钢纤维进一步得到增强和增韧。相比于传统的混凝土，抗压抗拉强度，吸水率，表面致密性均得到较大的改善

UHPC (超高性能混凝土)是具有超高强度，超低吸水率，超强耐久性和耐侵蚀性能的特殊混凝土。在实际应用中，UHPC的超高强度通过小掺量的耐碱玻璃纤维，聚乙烯醇纤维，钢纤维进一步得到增强和增韧。相比于传统的混凝土，抗压抗拉强度，吸水率，表面致密性均得到较大的改善，轻质高强、高耐久、免维护的同时拥有优秀的防火性能和二氧化碳足迹。

RFR在2007年开始的巴黎路易威登基金会博物馆项目中较早采用了UHPC在幕墙上的应用, 并利用UHPC缓凝的特点提出了平板模具弹性冷弯成型的工艺手法。实现了曲面UHPC板精准成型的同时也大幅度降低模具费用造价。

Fondation Louis Vuitton照片

Fondation Louis Vuitton施工实景

目前UHPC在国内已经有了一定数量的案例应用，但是大多还是局限于作为装饰构件使用或者GRC的增强版，未能充分展示UHPC材料高强度和塑形能力强的突出特点。RFR团队一直在探索一个契机将UHPC在建筑外墙上进行创新应用, 推动建筑行业对这一创新材料的重新思考,突破传统铝型材的线性形态限制, 创造具有动态和自由形态的建筑表皮。

本次RFR团队在充分研究UHPC材料性能后研发了集自由形态美学，独特结构设计及优异热工性能于一体的单元幕墙原型设计—Fluid Wall经过长达半年多的前期调研，节点设计研发，性能相关设计与生产制作，最终1:1的Fluid wall样品于2022年3月在广州举办的阿尔法建筑大会在和11月在深圳举办的C3未来建筑大会顺利展出。向业界同行展现了未来建筑表皮设计的可能性, 鼓励建筑师进行借鉴和创新应用。

现场展出1:1原型

01 建筑美学与材料的整合式设计

Architectural Form & Material Integration

• 自由形态 Free Form

• 预浇筑 Pre-Cast

• 优秀防火性能 Class-A Fire Resistant Material

本原型设计是以同为RFR参与设计的星港国际中心单元幕墙作为设计对标，充分利用UHPC材料预浇筑的特性和流动自由的造型特点整体浇筑出遮阳，通风器构件减少了金属构件复杂的开模挤出与拼装。创造更多传统铝型材难以实现的整体流动造型。拓展更多的形式与颜色的可能性。

使用Fluid Wall建筑效果

室外效果对比

室内效果对比

设计板块大小为4.0mX1.5m，由UHPC预浇筑单元，悬挂钢板带，铝框玻璃窗，调节挂件四个部分组成。UHPC预浇筑单元通过螺栓与悬挂钢板带连接，通过预埋件与铝框和玻璃连接为一体形成预制幕墙单元板块，现场仅拼装就可实现快速安装，本单元板块可以灵活的应用于商业，办公，医疗、教育、居住等多种形式的建筑立面当中。

产品组成

样件生产

顶部同时也考虑根据灯光设计的需要预留灯槽位置

灯光设计

02 独特的结构设计

Special Structural Design

• 框架反做 Outer Frame

• 建筑形式服从结构 Architectural Form Follow Structure

• 充分利用UHPC较强的抗压强度 Utilize High Compress Strength

本原型采用框架反做的创新性幕墙结构设计。将结构抗风框架置于室外，减少了室内幕墙构造从而节约室内空间，令实际室内可使用面积增加0.2㎡每延长米。

目前在建筑设计领域（区别于结构领域）使用的UHPC的抗压强度大于120MPa，抗拉强度大于25MPa。是传统混凝土的近10倍。建筑造型充分考虑UHPC优势的抗压强度，将立柱内侧暗藏钢板带，重力通过钢板带由底端传递至顶部铰支座，保证UHPC立柱在重力下始终处于受压状态，并利用截面压应力抵消水平荷载作用下弯矩所产生的一部分拉应力。“整个结构就如同是坐在了一个秋千上，只是这个秋千通过构造不能摆动。” 由于UHPC出色的力学性能使得UHPC外框架拒绝笨重，可以实现与金属相似的纤细截面。传力路径：竖向力：玻璃-铝框-UHPC框架-SS板带-铰支座；水平力：玻璃-铝框-UHPC框架-水平支座­­­。

传力路径

建筑造型根据弯矩图分布以及有限元计算结果精细化调整与结构的作用完美结合，从而达到UHPC用料最少。

有限元计算

外框架尺寸对比

建筑外形根据弯矩分布图优化

钢板螺栓验算

UHPC 加工图

03 被动式节能设计

Passive Energy Saving

• 高性能热工材料 Increasing Thermal Performance

• 外遮阳 Solar Shading

• 自然通风 Natural Ventilation

UHPC本身相较于传统的金属框架热工性能有大幅提升，传热系数是铝的百分之一为1.32 W/(m·K), 由温度云图对比可见外框架内部温度分布有较大改善，为整体构造提供了有效的保温隔热作用。整体幕墙单元的传热系数也实现了U

UHPC与铝框热工性能对

遮阳构件突出约350mm根据太阳高度角的分析此设计帮助冬季有更多阳光进入室内而在夏季规避阳光的照射。通过年热辐射分析，带有外框架遮阳的玻璃面接收到的全年热辐射量降低21%，使得建筑能耗更低。

遮阳设计

太阳热辐射分析

在单元体的上部整合了通风器的设计。在楼面靠近幕墙的地面装有“呼吸口”，采用重力自平衡系统，不仅可以对室内空气进行调节，还可以在风里荷载急剧升高的情况下自动调节，达到生态、环保、节能的效果。

通风器设计

Fluid Wall（UHPC创新幕墙单元）原型设计通过以上三个维度的整合设计，达成使用UHPC作为框架反做单元幕墙的外框，一改传统混凝土厚重的形象，做到纤细轻盈，打破传统金属幕墙的束缚，形成优美的曲线造型。并充分考虑结构性能及热工特性使得形式，结构与热工紧密结合。展现了创新幕墙技术与新材料的应用，开发了一种新的潜在解决方案，为未来的立面形式激发想象力。相信秉承同样的精神RFR也会勇于迎接充满想象力和挑战的项目，找到创新的解决方案，把愿景变为现实。

项目信息

创意设计 ：RFR

设计团队 ：于辉，韩晓阳, 吴宸杰，Philippe Bompas，金诗卉，王雨洲，王莉薇，程存毅，胡靖坤，竺侃焕

材料提供 ：拉法基Ductal

加工试制 ：博创达

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来源：生活小乐趣