《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)规定:满堂脚手架搭设高度不超过36m。但实际工程往往需要高度超过36m满堂脚手架体系,当前,对超高扣件式钢管脚手架体系的研究尚不完善,因此,有必要对超高脚手架体系进行研究。结合郑州市科技馆项目,通过现场试验,对超高扣件式脚手架在施工作业过程中主副立杆、水平杆、水平和竖向剪刀撑的内力进行全过程监测;然后,基于现场试验相关参数,利用有限元软件进行对应工况条件下的数值模拟,再用试验结果验证数值模拟模型和参数;最后,利用试验结果、有限元分析结果与基于规范方法计算结果对比分析,总结各杆件内力分布及其发展规律,确定副立杆高度最优范围,并对架体内力、变形和稳定性影响因素进行研究,主要研究成果如下:(1)通过现场试验研究立杆的内力分布和发展规律。结果表明:立杆的最大内力出现在装修材料竖向运输阶段,内力值大约在10~15kN范围内;从同一根立杆看,主立杆轴力分布特征为:中部>上部>底部,副立杆的轴力沿高度方向从上到下逐渐增大。综合考虑杆件的横向和竖向变形,根据有限元分析结果与试验实测结果得出:副立杆高度最优范围为超高架体总高度的35%~50%。(2)在施工作业的过程中,超高脚手架水平杆均受压。水平杆轴力达到甚至超过9kN,而规范规定直角扣件抗滑承载力设计值为8kN,这隐藏着安全风险。建议实际搭设时采取措施加强水平杆搭接,保障可靠传力。(3)通过有限元分析发现:超高脚手架的主要破坏形式为脚手架的水平侧移,整体横向失稳而发生倒塌;超高脚手架首先屈服的部位为架体上部约1/5范围内,该范围是架体的薄弱部位。建议架体上部采取与主体结构“抱柱拉结”、增加连墙件等措施限制侧移。(4)在超高脚手架顶面不同区域施加较大荷载,分析荷载位置对架体稳定的影响。结果表明:越靠近架体顶面荷载堆放区域,立杆发生局部变形越大,甚至架体整体出现扭转现象,这可能会导致脚手架的整体失稳。建议超高脚手架设置专门的上料区域。当考虑物料提升方便而将上料区布置在架体顶面时,宜布置在架体角部,并对架体下方立杆进行局部加强,不宜布置在架体周边中点附近。(5)超高脚手架局部较大荷载易造成架体局部杆件失稳,实际架体上部荷载形式复杂,在有集中堆载区域下方应增加副立杆高度。若荷载大于5kN/m~2,副立杆宜直通架体顶面。(6)采用有限元软件对水平、竖向剪刀撑进行承载力分析。随着剪刀撑设置密度的增加,极限承载力逐步提高。为防止架体发生失稳,建议水平剪刀撑竖向间距宜小于6m(4步),水平剪刀撑竖向间距自架体下部至上部逐渐减小,在架体总尺寸较短的方向上,应减小竖向剪刀撑宽度;竖向剪刀撑宽度范围宜为3~5m,与水平面夹角宜小于60°。