以现代木构建筑回望杨浦滨江百年工业历史

以现代木构建筑回望杨浦滨江百年工业历史

项目地点：上海市杨浦滨江杨树浦港东侧

建成时间：2018年7月

项目面积：72平方米

建筑设计：同济.原作设计工作室（章明/张姿）

结构设计及施工：济木建筑科技工程（上海）有限公司，上海建工机械工程有限公司

摄影: 章勇

方案由来

项目位于上海具有百年工业历史的杨浦滨江沿岸，原祥泰木行（始于1902）旧址，基于此，建筑师从设计伊始便确定采用钢木组合结构方案。该项目的主要功能为向市民提供休憩驻留、日常服务、医疗救助的温暖小屋，故而建筑师提出采用由人字形结构单元叠加形成空间结构体系，取名为人人屋。

结构体系建立

钢木组合形式、人字形空间结构单元、小断面尺寸构件作为建筑师对结构设计的主要诉求，在方案初期，工程师便积极探索更为合理的组合结构体系，更为美观精致的空间连接节点以及受力发挥更为充分有效的构件尺度。

钢木组合包括结构体系层面、受力构件层面和节点连接层面的组合。从建筑方案特点来看，建筑物以800mm作为基本模数，高4.6m，长13.6m，宽6.4m。外围由八榀木斜杆形成的空间结构组成，四榀直接落地，四榀悬空；内侧为空间钢框架结构内挂玻璃幕墙。基于此，建立了从体系层面的钢木组合结构形式，即将四榀悬空的木斜杆结构通过钢节点连接件与内侧空间钢框架结构有效连接，从而形成钢木整体受力空间结构体系。

图： 结构体系构成分析图

图： 钢木整体受力空间结构体系横向剖面图

受力过程研究

结构体系形成之后，接下来需进行体系受力过程的分析研究。

对于外围木斜杆空间结构体系的受力规律如下：在竖向荷载作用和风荷载作用下，落地区域的斜杆主要受轴力作用，弯矩值相对较小，非落地区域的斜杆主要受弯矩作用，轴力值相对较小。由此可见，该结构体系空间受力特点明显，受力分工也很明确，经复核，采用受力性能较好的欧洲云杉胶合木材，斜杆截面做到60mm*60mm。另外，考虑到水平支撑杆为纯轴向受力构件用来提高结构横向抗侧刚度，构件截面做到40mm*40mm。

图4 外围木斜杆空间结构体系在竖向荷载作用下内力图（a）轴力图（竖向荷载）

图：外围木斜杆空间结构体系在竖向荷载作用下内力图

（b）弯矩图（竖向荷载）

图： 外围木斜杆空间结构体系在风荷载作用下内力图

（a）轴力图（风荷载作用）

图：外围木斜杆空间结构体系在风荷载作用下内力图

（b）弯矩图（风荷载作用）

对于内部空钢框架结构体系，其横向抗侧刚度为受力薄弱点，设计中巧妙利用两侧端部门头形成空间桁架，同时在近端跨处增设一小桁架，受力分析结果表明，增设该空间桁架后结构的侧向变形由20mm减小到10mm，效果显著。此外，为达到轻巧的建筑体验，钢框架构件截面尺寸做到了极致，为50mm宽的方钢管。

图： 内部空间钢框架增设抗侧桁架

钢木整体受力空间结构体系其受力过程如下：在竖向荷载作用下，内部钢框架结构给予外围木空间结构未落地部分以竖向支撑；在风荷载作用下，轻巧的铝合金屋面受到向上风吸作用，与其直接连接的木结构将该拔力传动到内部钢框架并同步向上，从而减小其变形量。

连接节点处理

钢木结构作为装配化建筑，在完全实现工厂预制、现场拼装的过程中，最关键的环节便是对连接节点的精巧设计，而节点设计中需综合考虑满足受力要求、建筑效果美观、拼装便利可实施等因素。

1、木交叉斜杆柱脚节点

木交叉斜杆在柱脚处设计为铰接节点，为便于与基础混凝土连接，先将带有锚筋的钢埋板埋置与混凝土基础内，之后通过对穿螺栓将交叉斜杆固定于半弧形钢板上，并设双螺母防松。

图： 木交叉斜杆柱脚节点

2、木交叉斜杆与水平支撑杆连接处的T形钢连接件

该项目典型的连接节点为木交叉斜杆与水平支撑杆的连接，这里巧妙地采用T形钢连接件：首先，一个大头螺钉从外侧钉入交叉斜杆节点中心；然后，交叉斜杆节点内侧通过4个自攻螺钉将T形钢节点板翼缘与交叉斜杆连接；最后，将T形钢节点板腹板插入开槽的水平支撑杆并通过4个螺钉进行固定连接。该T形钢连接件节点做法结合了整个木结构体系的拼装过程，不仅满足受力要求，而且便于现场安装，效果简洁美观，同时增强了连接节点刚度，做到了“强节点、弱构件”的设计理念。

图： T形钢连接件节点

3、屋顶设纵向连接杆的木交叉斜杆与水平支撑杆连接处的加长版T形钢连接件

屋顶处木交叉斜杆与水平支撑杆连接处因设有纵向连接杆，在钢连接节点设计时，将T形钢连接件的两侧翼缘进行加长，通过6个螺钉将纵向连接杆固定于加长的T形钢连接件翼缘。

图：加长版T形钢连接件节点

对于钢木组合结构，合理的组织建造装配过程非常重要。该项目在建造中，由内而外，由下而上，先安装内部空间钢框架结构，再逐个对称安装外围各榀木斜杆组成的空间结构，之后固定木水平支撑杆，同时将中间四榀木架连接于钢框架之上，最后安装铝合金屋面，内挂玻璃幕墙。

人人屋主体结构的现场施工安装仅用了一个月的时间，经受了上海梅雨季节和夏季台风的多重考验，设计上结合了不同材料的特性，使用了合理的钢木组合结构受力体系，巧妙处理连接节点，充分发挥装配式建筑优势，最终实现建筑艺术之美与现代化工业建设的结合。