航站樓幕墻拆改建過程中的結構變形監測研究*

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海浦東國際機場T1航站樓改造工程總建筑面積為112 500 m2，其中樓內改造面積為45 100 m2，新建及加建面積為67 400 m2（其中地下室為9 800 m2）。改造后T1航站樓總體布局不變，僅利用原有室外庭院，加寬為新的連接廊部分。新建部分的范圍是T1航站樓主樓與長廊之間、南北方向軸之間的區域；改造部分包括主樓、長廊及其間原有連接廊區域。T1航站樓幕墻改造工程主要涉及主樓和長廊兩側，根據相關設計要求，幕墻改造完成后，標高18 m以下主樓和長廊與新建區貫通，形成大空間。幕墻改造為主樓側和長廊側拆除標高6～18 m間的原有玻璃幕墻以及幕墻柱，保留標高18 m以上的玻璃幕墻，在標高16.70 m處新增南北向的箱形托梁（圖1）。

圖1 上海浦東國際機場T1航站樓幕墻改造立面示意

2 變形監測點布置

上海浦東國際機場T1航站樓幕墻改造分為R3、R4兩部分：R3部分即主樓幕墻，R4部分即長廊幕墻。

根據工程實際情況，R3、R4幕墻改造可分為4個工作區，其中軸為A區，軸為C區，軸為D區，軸為F區。本次變形監測點布置在幕墻結構柱、幕墻柱與屋檐上。

主樓及長廊幕墻改造變形監測點布置，如圖2、圖3所示。

圖2 主樓幕墻變形監測點布置

圖3 長廊幕墻變形監測點布置

3 監測原理及監測方法

本工程主要采用的變形監測方法為：在測量目標位置粘貼反射片進行標記，利用全站儀測量反射片三維坐標，比較測點三維坐標變化，計算目標的水平位移與沉降。由于T1航站樓分區進行改造，并進行封閉施工，航站樓內測量控制點無法通視，因而不能進行聯測，故采用每個施工區域內建立自定義坐標軸平行于幕墻坐標系的方法，測量幕墻結構柱、幕墻柱的相對坐標[1,2]。

T1航站樓幕墻改造工程的監測點布置在幕墻結構柱頂端、幕墻柱頂端、屋檐下沿位置，均用反射片進行標記。測量時在建立的測量控制網控制點上架設全站儀，后視其他控制點，依次讀取幕墻結構柱變形監測點、幕墻柱監測點、屋檐下沿監測點的三維坐標（圖4），計算測點的水平位移與沉降。

圖4 屋檐變形監測點布置示意

4 監測周期與頻率

幕墻改造監測周期和頻率根據實際施工工況變化確定，并非一成不變。在幕墻改造前初始工況監測時，每天上午和下午各監測1次；幕墻玻璃拆除施工時，每天上午監測1次；幕墻托梁安裝施工時，每天監測1次；托梁灌砂施工時進行跟蹤監測，每0.5 h監測1次；幕墻柱割除施工時進行跟蹤監測，每割除1根幕墻柱監測1次。

5 幕墻改造施工過程監測結果

5.1 R3幕墻改造施工過程監測結果

T1航站樓R3幕墻改造主要施工控制節點為：標高6～12 m幕墻玻璃拆除、標高12～18 m幕墻玻璃拆除100%、安裝托梁與灌砂、中間幕墻柱割除、所有幕墻柱割除。主樓部分變形監測點實測變形值隨工況變化的情況如圖5所示。

圖5 R3幕墻改造施工全過程監測實測變形值

R3幕墻改造施工全過程監測中，變形監測點累計最大水平位移5.70 mm，最大沉降值為7 mm，每項施工完成時相對前項施工完成時的位移小于3 mm。主樓幕墻施工改造全過程監測中，實測值未出現超過預警位移值與報警位移值的情況，且各重要施工節點的位移值均小于模擬計算值，順利完成了主樓幕墻改造施工控制工作。

5.2 R4幕墻改造施工過程監測結果

R4幕墻改造施工監控主要包括2部分：初始工況下幕墻變形受溫度、風荷載影響關系監測結果及R4幕墻改造全過程施工監測結果[3,4]。

5.2.1 初始工況下幕墻變形受溫度、風荷載影響關系監測結果

對R4幕墻進行初始工況下監測，主要目的是為掌握R4幕墻改造前風力、風向、溫度變化對R4位移的影響，分析R4初始變形。圖6與圖7為室外溫度16 ℃、風力3級時，測點X、Y方向位移隨風向變化時的變化情況。風向對測點位移的影響為-3 ～+3 mm。其中，X正方向為垂直于幕墻向東，負方向為向西；Y正方向為平行于幕墻向南，負方向為向北。風向為東南風向時測點X方向位移基本為正方向，即向東偏移，測點Y方向位移基本為負方向，即向北偏移；風向為東北風向時，測點X方向位移基本為負方向，即向西偏移，測點Y方向位移基本為正，即向南偏移。東西風向對測點的變形影響較小。

圖6 長廊測點X方向位移隨風向變化示意

圖7 長廊測點Y方向位移隨風向變化示意

圖8與圖9為在東北風3～4級條件下，測點X、Y方向位移隨溫度升高時的變化圖。測點X、Y均隨溫度升高向正方向變化，即X方向隨溫度升高向東偏移，Y方向隨溫度升高向南偏移。溫差最大為10 K，位移最大變化為5 mm。

5.2.2 R4幕墻改造施工全過程監測結果

T1航站樓R4幕墻改造主要施工控制節點為：幕墻玻璃拆除50%、幕墻玻璃拆除100%、安裝托梁與灌砂、中間4根幕墻柱割除、所有幕墻柱割除。

圖8 長廊測點X方向位移隨溫度變化示意

圖9 長廊測點Y方向位移隨溫度變化示意

長廊幕墻改造施工過程中，最大水平位移為5.80 mm，最大沉降值為4.40 mm，模擬計算最大位移為8 mm，沉降值為8 mm；長廊改造完成后，最大水平位移為4.90 mm，最大沉降值4 mm，模擬計算最大位移值為0 mm，最大沉降值為8 mm。長廊改造施工完成后，實測水平位移較模擬計算值（0 mm）稍大，平均值為2.60 mm，遠小于設計允許值（圖10～圖12）。

圖10 R4幕墻A區測點實測位移值隨工況變化示意

圖11 R4幕墻C、D區實測變形隨工況變化示意

圖12 R4幕墻C、D區實測變形隨工況變化示意

6 結語

既有建筑物改造全過程變形監測是既有建筑改造施工安全控制的必要手段，正確有效地采用變形監測技術，不但能保證施工安全，且大大提高施工質量。變形監測技術與施工仿真模擬分析技術相結合，對重要施工節點進行預判和評估，并優化施工方案，可加快施工進度，確保施工質量與安全[5]。