不規(guī)則建筑測量技術(shù)在贊比亞體育場項目中的應(yīng)用

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1 工程概況

贊比亞盧薩卡體育場坐落在東南非洲贊比亞共和國的盧薩卡市，是一座綜合性多功能的體育設(shè)施。體育場整體呈橢圓形，用地面積為177 371 m2，擁有50 009 座觀眾席，分為東、南、西、北4 個看臺區(qū)，是盧薩卡市2011年重點建設(shè)工程項目之一，也是盧薩卡市的標志性建筑。該體育場建筑總面積48 137 萬m2，體育場長軸為縱軸，軸長288.99 m，設(shè)定兩個端點分別為ND（x=374.50，y=320.00）和SD（x=－22.50，y=320.00）；短軸為橫軸，軸長136.20 m，設(shè)定兩個端點分別為WD（x=176.00，y=169.20）和ED（x=176.00，y=470.80）（圖1）。建筑物的平面外圈為互相相切的4 個正圓弧相接而成，半徑為175.50 m和113.49 m的對稱正圓弧。該工程為環(huán)形框架結(jié)構(gòu)，看臺雨棚采用輻射形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，懸挑距離達30 m。

2 工程特點和測量難點

2.1 工程特點

體育場以多層的正圓弧相切連接而成，眾多圓滑、交接流暢的正反圓弧是其獨有的特點。交接的圓弧曲線較多，軸線控制要求較高，如軸線稍有偏移，就會造成結(jié)構(gòu)連接不流暢，從而影響外部的整體效果。

2.2 軸線特點

圖1 看臺平面

整個體育場的控制軸線為東西兩側(cè)各18 根角度差約為3.53°的輻射軸線和半徑為134.70～175.50 m的7 條圓弧形軸線，以及南北兩側(cè)各18 根角度差約為6.32°的輻射軸線和半徑為72.69～113.49 m的7 條圓弧形軸線。通過輻射軸線和圓弧形軸線的相交對整個體育場結(jié)構(gòu)進行控制，由于圓弧軸線的圓心位置不重疊，半徑大小不一，因此實行多點控制（控制點為4 個）。在每個看臺區(qū)采用伸縮沉降縫分隔。總體來看，整個場館結(jié)構(gòu)由輻射軸線和圓弧軸線控制，軸線平面像一只大眼睛。

2.3 測量難點

（a）盧薩卡體育場位于白云山西邊迎風坡，坐落在盧薩卡國際機場的南面，由于場地空曠，風力較強，容易受日照、風力、沙塵、雨季等不利因素的影響，增大了測量難度。

（b）由于體育場坐落在山坡上，施工場地和戶外主要控制點的高差都很大，最大高差達11 m，而且部分結(jié)構(gòu)起伏跌宕，周圍控制點主要分布于東西兩側(cè)。

（c）體育場基礎(chǔ)采用的是獨立承臺基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)，網(wǎng)架柱下還設(shè)置了人工挖孔樁，為降低施工成本，采取了分層開挖的施工工藝。同時，為減少材料的影響，基礎(chǔ)采用了分區(qū)流水施工的方法，每區(qū)只配置半個看臺基礎(chǔ)的模板量，由于各區(qū)的施工周期不同，施工區(qū)段快慢不一，呈現(xiàn)了兩端快、中間慢，西邊快、東邊慢的狀況。同時，同一結(jié)構(gòu)層中必須分區(qū)段測量放樣，通視條件受到很大的影響。

3 施工測量控制方法[1-8]

3.1 控制網(wǎng)的布設(shè)

為了方便控制點的使用，并保證施工過程中控制點不被破壞，采用內(nèi)控法和外控法相結(jié)合的方法建立首級控制網(wǎng)。主控點布設(shè)在體育場長軸和短軸的端點，長軸兩個端點分別為ND和SD，短軸兩個端點分別為WD和ED。4 個主控點組成一個十字形軸線控制網(wǎng)，并形成一個相對獨立的直角坐標系統(tǒng)。這4 個主控點按四等導(dǎo)線測量要求進行導(dǎo)線復(fù)測，并采用全站儀坐標測量法，測出各圓心點、橢圓中心點等多個次級控制點進行軸線控制（圖2）。

圖2 軸線坐標控制

3.2 相對直角坐標系測量法

體育場的主軸線以主場館長軸為縱向?qū)ΨQ軸，短軸為橫向?qū)ΨQ軸，并形成一個相對直角坐標系統(tǒng)。

由于場館獨特的結(jié)構(gòu)造型和施工的先后順序，造成了斷層、間層和跳層，加上輻射軸線和圓弧軸線控制的剪力墻對測量視線的影響，采用了全站儀相對坐標系測量法和極坐標法相結(jié)合的聯(lián)合測量方法來控制主場館的輻射軸線和圓弧軸線。為使測量控制點盡可能的接近施工區(qū)，根據(jù)工程的實際施工情況，在相對直角坐標系中，布設(shè)了一定數(shù)量的次級控制點，保證控制點的依次傳遞。

3.3 坐標系統(tǒng)

以體育場東西看臺的對稱軸線作為相對坐標系的橫坐標軸A，南北看臺的對稱軸線作為相對坐標系的縱坐標軸B，兩條正交軸線的交點位于整個場館的中心點ZK。為保證建筑物軸線上的特征點坐標均為正值，將整個建筑物設(shè)置在相對坐標系的第一象限。設(shè)定ZK點坐標為（176.00；320.00）在A軸上設(shè)定2 個圓心控制點，相對坐標分別為EK（176.00，373.70）、WK（176.00，266.30）；在B軸上設(shè)定2 個圓心控制點，相對坐標分別為SD（145.00，320.00）、ND（207.00，320.00），再以圓心坐標點為測站，測定出每根輻射軸線的次級控制點（圖3）。

圖3 看臺軸線輻射控制點位

根據(jù)圖紙計算出每根輻射軸線和圓弧軸線相交的特征點的相對坐標，對每根輻射軸線和圓弧軸線半徑起點B軸和終點H軸進行控制。部分無法通視的放樣部位，可通過相對坐標系轉(zhuǎn)點進行測量。

3.4 軸線的弧長拱高等分法

主場館中的圓弧軸線半徑均較大，從69.69～175.50 m不等。由于半徑較大，可采用弧長拱高等分法，既可復(fù)核輻射軸線的夾角，又可復(fù)核弧形軸線的半徑，可加快弧形軸線的放樣速度。例如通過相對直角坐標系測量法，測放的相鄰2 根輻射軸線和圓弧軸線相交的特征點，可通過弦長拱高等分法放出弧形軸線。

4 結(jié)語

為保證贊比亞盧薩卡體育場這類不規(guī)則建筑物的施工測量工作按期保質(zhì)完成，在國外特殊自然、施工條件的影響下，工程施測需制定合理、科學的測量方案，并根據(jù)實際情況采取不同的施工測量方法，同時應(yīng)加強施工過程中的質(zhì)量控制。該項目的完成，創(chuàng)造了一定的社會和經(jīng)濟效益，并為同類工程提供了寶貴的借鑒和參考經(jīng)驗。