超大跨度箱型钢结构吊装,是现代建筑施工领域的重难点工程。此类异形空间结构跨度大、形变可控性差、高空合龙精度严苛、吊装安全风险极高,长期以来依靠传统经验施工,普遍存在安全隐患多、施工精度低、成本损耗大、工期不可控等行业痛点。十二冶技术团队扎根施工一线,历时四年自主攻坚,研发出《采用有限元分析方法进行大跨度箱型钢结构工程吊装施工工法》,以数字化仿真技术替代传统粗放施工模式,用技术创新破解行业瓶颈,在多项重点工程中落地见效,展现了央企建设者精益求精、敢闯敢创的匠心与担当。
直面行业痛点 告别粗放施工困境
十二冶攻坚团队承建的大型体育场钢结构项目,是典型的超限大跨空间结构工程。项目屋盖最高点标高41.5米,由四组斜拱构成长短双跨结构,最大跨度达204米,短跨160米。构件为双向弯曲扭转型箱型截面,受力体系复杂、空间形态异形,吊装过程中应力分布不均、位移形变难把控、高空多机协同难度大,一旦吊点偏差、支撑失稳、合龙错位,极易引发安全事故和质量缺陷,是行业公认的施工难题。
长期以来,国内超大跨度钢结构施工多采用满堂脚手架辅助吊装焊接工艺,弊端十分突出。大面积架体搭设稳定性差,坍塌、高空坠落、物体打击、焊接火灾等安全隐患频发,属于重大危险源。同时,密集脚手架挤占作业空间,严重制约吊装进度,造成工期冗长、措施费用高昂。受限的施工空间还导致工人焊接操作姿势受限,焊接质量通病多发,结构线形难以达标,且现场物料堆积杂乱,文明施工管控难度极大,早已无法适配现代化超大跨度精品工程建设标准。
直面行业技术短板与项目施工难题,十二冶技术团队摒弃传统经验化施工思维,立足现场实际开启技术革新,以数字化、精细化思路重构吊装施工体系,打造适配超限大跨箱型钢结构的全新施工工法。
数字算力赋能 重塑精准吊装工艺
该工法核心突破,是有限元精准力学分析+全过程软件仿真模拟的数字化施工模式,彻底改变传统粗放作业方式。技术人员通过搭建1:1数字化施工模型,对钢结构吊装全过程开展仿真推演,精准测算不同工况下构件受力、形变位移、应力分布状态,同步完成吊装设备选型、履带吊通道规划、施工工况适配等前置验算,提前预判吊装碰撞、结构失稳、位移偏差等潜在风险,实现施工隐患前置管控。
依托海量精准数据,团队创新确立临时支撑辅助+分段吊装+高空对接的核心施工工艺。施工中将整体工程划分为主体结构、外侧悬挑结构两大阶段,分区分段对称施工,把超大、超复杂的高空整体作业,拆解为标准化、模块化的分区作业,严格遵循“从拱脚向跨中双向施工、拱体与肋梁同步安装、分区预留合龙段”的施工逻辑,让无序高危的高空吊装作业变得流程清晰、可控可测。
为保障吊装全过程安全精准可控,工法建立起动态化变形监控体系。技术人员通过有限元演算,精准布设184个装配式格构柱临时支撑点位,规范支撑上下端焊接固定工艺,对15米以上超高支撑增设缆风绳加固,彻底解决传统支撑沉降、偏位、失稳问题。同时,依据仿真模拟最不利工况,精准设计吊耳材质、尺寸与数量,完成试吊验算,全面优化多机抬吊协同方案,规避设备碰撞风险。
在关键的高空合龙环节,团队严守温度施工窗口,采用全站仪精准采集构件坐标数据,精准测算合龙段实际尺寸,科学预留焊接收缩余量、优化坡口切割精度。焊接全程动态监测结构形变,实时调整焊接顺序、纠偏施工偏差,持续总结施工规律,指导标准化作业,实现超大跨度钢结构吊装毫米级精度管控。
四年潜心攻坚 匠心打磨创新成果
硬核技术成果的背后,是研发团队四年如一日的坚守与攻坚。自项目中标起,十二冶迅速组建专项技术团队,联动行业资深工程师全程驻场指导,全力攻克变形控制、温差影响、支撑布设、精准合龙等技术瓶颈。无成熟案例借鉴、无现成参数参考,技术人员日夜扎根现场,白天记录施工细节、排查工艺问题,夜晚复盘仿真数据、比对验算参数,反复开展模拟试验与方案优化。
为确保工法实用性与精准度,团队开展多次1:1实体模拟验算,对上百项施工参数反复打磨校准。攻坚关键期,全体人员加班加点、连续奋战,历时九个月完成全部吊装攻坚作业,通过上万次数据比对、工艺迭代,最终填补了大跨度异形箱型钢结构精细化吊装的工艺空白。团队秉持精益求精的工匠精神,不惧难题、大胆创新,在一次次试错与优化中,把施工经验转化为标准化、系统化的核心技术成果。
提质降本增效 彰显技术实用价值
工法落地应用后,在安全、质量、成本、绿色施工等方面取得全方位突破,经济效益与社会效益显著。以吕梁市新城体育中心项目为例,该工程钢结构总用钢量8000吨,依托工厂预制、仿真预拼装技术,钢材损耗率大幅优化,较传统工艺节约钢材160吨,直接节省材料成本64万元
装配式格构柱支撑体系替代满堂脚手架,大幅减少设备租赁、人工搭设等额外开支,有效压缩施工成本。模块化分段吊装模式简化施工工序、提升作业效率,大幅缩短高空高危作业时长,且全过程实现零安全事故。数字化精准管控让钢结构线形、合龙精度、焊接质量全部达标,工程实体质量显著提升。
在绿色施工方面,新工艺实现80%钢结构构件工厂化集中加工,大幅减少现场切割、焊接作业,有效降低噪声、强光、废气等施工污染,减少建筑垃圾产生,规范施工现场管理,助力工程绿色低碳建设。
推广前景广阔 夯实央企硬核实力
经过吕梁、云南、湖北等多个重点项目的实战检验,这套自主研发工法已完全成熟,适配性与可复制性极强。不仅能够精准解决超大跨度箱型钢结构施工难题,还可广泛应用于大跨度网架结构场馆、工业厂房、商业建筑等各类钢结构吊装工程,市场推广前景广阔。
作为十二冶自主培育的核心技术成果,该工法构筑起企业差异化竞争的技术壁垒,大幅提升企业在大型钢结构工程领域的竞标实力与品牌竞争力。下一步,十二冶技术团队将持续深耕工艺优化,针对施工温控、质量管控等细节开展深度攻关,同步推进专利申报、论文发表、专项工艺细化等工作,持续完善工法技术体系。同时加大成果推广力度,让自主创新技术赋能更多重点工程。
从经验施工到算力建造,从粗放作业到精准管控,十二冶一线技术人员以敢创新、能攻坚、善突破的实干姿态,破解行业技术难题、打磨精品标杆工程。未来,十二冶将持续立足施工一线需求,坚持技术创新、工艺创优,以匠心铸品质、以创新促发展,持续输出优质建造技术与施工方案,彰显新时代央企建设者的责任与担当。
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