航站楼幕墙拆改建过程中的结构变形监测研究*

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

1 工程概况

上海浦东国际机场T1航站楼改造工程总建筑面积为112 500 m2，其中楼内改造面积为45 100 m2，新建及加建面积为67 400 m2（其中地下室为9 800 m2）。改造后T1航站楼总体布局不变，仅利用原有室外庭院，加宽为新的连接廊部分。新建部分的范围是T1航站楼主楼与长廊之间、南北方向轴之间的区域；改造部分包括主楼、长廊及其间原有连接廊区域。T1航站楼幕墙改造工程主要涉及主楼和长廊两侧，根据相关设计要求，幕墙改造完成后，标高18 m以下主楼和长廊与新建区贯通，形成大空间。幕墙改造为主楼侧和长廊侧拆除标高6～18 m间的原有玻璃幕墙以及幕墙柱，保留标高18 m以上的玻璃幕墙，在标高16.70 m处新增南北向的箱形托梁（图1）。

图1 上海浦东国际机场T1航站楼幕墙改造立面示意

2 变形监测点布置

上海浦东国际机场T1航站楼幕墙改造分为R3、R4两部分：R3部分即主楼幕墙，R4部分即长廊幕墙。

根据工程实际情况，R3、R4幕墙改造可分为4个工作区，其中轴为A区，轴为C区，轴为D区，轴为F区。本次变形监测点布置在幕墙结构柱、幕墙柱与屋檐上。

主楼及长廊幕墙改造变形监测点布置，如图2、图3所示。

图2 主楼幕墙变形监测点布置

图3 长廊幕墙变形监测点布置

3 监测原理及监测方法

本工程主要采用的变形监测方法为：在测量目标位置粘贴反射片进行标记，利用全站仪测量反射片三维坐标，比较测点三维坐标变化，计算目标的水平位移与沉降。由于T1航站楼分区进行改造，并进行封闭施工，航站楼内测量控制点无法通视，因而不能进行联测，故采用每个施工区域内建立自定义坐标轴平行于幕墙坐标系的方法，测量幕墙结构柱、幕墙柱的相对坐标[1,2]。

T1航站楼幕墙改造工程的监测点布置在幕墙结构柱顶端、幕墙柱顶端、屋檐下沿位置，均用反射片进行标记。测量时在建立的测量控制网控制点上架设全站仪，后视其他控制点，依次读取幕墙结构柱变形监测点、幕墙柱监测点、屋檐下沿监测点的三维坐标（图4），计算测点的水平位移与沉降。

图4 屋檐变形监测点布置示意

4 监测周期与频率

幕墙改造监测周期和频率根据实际施工工况变化确定，并非一成不变。在幕墙改造前初始工况监测时，每天上午和下午各监测1次；幕墙玻璃拆除施工时，每天上午监测1次；幕墙托梁安装施工时，每天监测1次；托梁灌砂施工时进行跟踪监测，每0.5 h监测1次；幕墙柱割除施工时进行跟踪监测，每割除1根幕墙柱监测1次。

5 幕墙改造施工过程监测结果

5.1 R3幕墙改造施工过程监测结果

T1航站楼R3幕墙改造主要施工控制节点为：标高6～12 m幕墙玻璃拆除、标高12～18 m幕墙玻璃拆除100%、安装托梁与灌砂、中间幕墙柱割除、所有幕墙柱割除。主楼部分变形监测点实测变形值随工况变化的情况如图5所示。

图5 R3幕墙改造施工全过程监测实测变形值

R3幕墙改造施工全过程监测中，变形监测点累计最大水平位移5.70 mm，最大沉降值为7 mm，每项施工完成时相对前项施工完成时的位移小于3 mm。主楼幕墙施工改造全过程监测中，实测值未出现超过预警位移值与报警位移值的情况，且各重要施工节点的位移值均小于模拟计算值，顺利完成了主楼幕墙改造施工控制工作。

5.2 R4幕墙改造施工过程监测结果

R4幕墙改造施工监控主要包括2部分：初始工况下幕墙变形受温度、风荷载影响关系监测结果及R4幕墙改造全过程施工监测结果[3,4]。

5.2.1 初始工况下幕墙变形受温度、风荷载影响关系监测结果

对R4幕墙进行初始工况下监测，主要目的是为掌握R4幕墙改造前风力、风向、温度变化对R4位移的影响，分析R4初始变形。图6与图7为室外温度16 ℃、风力3级时，测点X、Y方向位移随风向变化时的变化情况。风向对测点位移的影响为-3 ～+3 mm。其中，X正方向为垂直于幕墙向东，负方向为向西；Y正方向为平行于幕墙向南，负方向为向北。风向为东南风向时测点X方向位移基本为正方向，即向东偏移，测点Y方向位移基本为负方向，即向北偏移；风向为东北风向时，测点X方向位移基本为负方向，即向西偏移，测点Y方向位移基本为正，即向南偏移。东西风向对测点的变形影响较小。

图6 长廊测点X方向位移随风向变化示意

图7 长廊测点Y方向位移随风向变化示意

图8与图9为在东北风3～4级条件下，测点X、Y方向位移随温度升高时的变化图。测点X、Y均随温度升高向正方向变化，即X方向随温度升高向东偏移，Y方向随温度升高向南偏移。温差最大为10 K，位移最大变化为5 mm。

5.2.2 R4幕墙改造施工全过程监测结果

T1航站楼R4幕墙改造主要施工控制节点为：幕墙玻璃拆除50%、幕墙玻璃拆除100%、安装托梁与灌砂、中间4根幕墙柱割除、所有幕墙柱割除。

图8 长廊测点X方向位移随温度变化示意

图9 长廊测点Y方向位移随温度变化示意

长廊幕墙改造施工过程中，最大水平位移为5.80 mm，最大沉降值为4.40 mm，模拟计算最大位移为8 mm，沉降值为8 mm；长廊改造完成后，最大水平位移为4.90 mm，最大沉降值4 mm，模拟计算最大位移值为0 mm，最大沉降值为8 mm。长廊改造施工完成后，实测水平位移较模拟计算值（0 mm）稍大，平均值为2.60 mm，远小于设计允许值（图10～图12）。

图10 R4幕墙A区测点实测位移值随工况变化示意

图11 R4幕墙C、D区实测变形随工况变化示意

图12 R4幕墙C、D区实测变形随工况变化示意

6 结语

既有建筑物改造全过程变形监测是既有建筑改造施工安全控制的必要手段，正确有效地采用变形监测技术，不但能保证施工安全，且大大提高施工质量。变形监测技术与施工仿真模拟分析技术相结合，对重要施工节点进行预判和评估，并优化施工方案，可加快施工进度，确保施工质量与安全[5]。