高层结构在极端荷载作用下,尤其是强震作用,关键构件破坏失效可能引发整体结构连续倒塌,造成重大的经济损失和人员伤亡。我国是一个地震频发的国家,对于高层结构的地震动力灾变机理与强震弹塑性分析研究具有重要意义。目前,有限元数值模拟是高层结构地震动力灾变研究最有效的方法,但受到两方面因素制约:一是规模庞大的结构非线性分析计算效率极低,二是高层结构在强震作用下局部关键构件的模拟精度不够,从而导致高层结构地震动力灾变数值模拟一直是工程界极具挑战性的问题。本文围绕高层结构地震弹塑性分析的计算效率和模拟精度两条主线展开研究。首先,第2和3章提出了高效的数值计算方法,目的是提高整体结构的计算效率;其次,第4和5章分别基于传统的有限元方法和非局部作用思想的Peridynamics理论,发展和提出了构件的精细化子结构模型,从而提高关键基本构件的模拟精度。第6章结合高效的数值计算方法和基本构件的精细化子结构模型,对高层结构进行抗震性能分析。本文主要研究内容分为以下几个方面:（1）提出了一种新型的高层结构地震弹塑性分析的数值子结构方法。这种方法采用线弹性主结构有限元模型分析得到整体结构的动力响应,循环判断所有结构构件的弹塑性状态,隔离屈服构件并进行精细化子结构模拟,子结构分析得到屈服构件的真实外力并转化为等效外荷载施加在主结构中,再由主结构进行等效线弹性分析得到整体结构的真实动力响应。根据构件的非线性强弱,采用常规非线性单元、精细化有限元子结构和Peridynamics模型分别模拟一般弱非线性构件、强非线性关键构件以及非连续性损伤破坏构件。推导了主结构等效线弹性分析控制方程,设计了三种不同的主结构数值迭代算法,详细阐述它们的分析流程,并基于 OpenSees平台建立了主结构等效线弹性分析数值子结构计算平台。以平面钢框架和钢筋混凝土框架结构为算例,验证了主结构等效线弹性分析计算平台的准确性、可靠性和高效性。（2）提出了高效的、适用于大型复杂结构非线性分析的数值子结构并行计算方法。这种方法突破了串行计算的限制,将上述数值子结构方法与传统的区域分解法结合,利用区域分解将规模庞大的结构系统划分为若干个独立、可并行计算且规模较小的子域,各子域采用数值子结构方法进行等效线弹性分析,子域内屈服构件的非线性行为由隔离子结构计算得到。推导了主、子域等效线弹性分析控制方程,设计了主、子域非线性迭代算法,详细阐述它们的分析流程,并基于OpenSees平台建立了主结构等效线弹性分析数值子结构并行计算平台。通过对平面钢框架和钢筋混凝土框架结构进行地震弹塑性时程分析,结果表明:数值子结构并行计算方法是准确、可靠的和高效的,具备分析更大规模非线性结构的能力。（3）建立了精细数值子结构计算分析平台,实现了结构关键基本构件常规弹塑性行为的隔离子结构跨平台精细化模拟。为了精确地模拟高层结构中局部关键构件的强非线性行为,发展和提出了普通支撑、防屈曲支撑、钢筋混凝土剪力墙等基本构件的精细化有限元模型,并通过构件试验模拟验证它们的精确性;推导了隔离子结构精细化有限元模型的边界（位移和反力）处理方法;基于CS技术和文本读写技术,分别开发了OpenSees与OpenSees以及OpenSees与ABAQUS之间的跨平台计算。以平面钢框架-支撑结构为算例进行验证,结果表明:隔离子结构跨平台精细化模拟可以精确地刻画局部关键构件的损伤破坏行为,提高整体结构的模拟精度。（4）应用Peridynamics理论实现了结构关键基本构件局部非连续性损伤破坏行为的隔离子结构跨平台精细化模拟。基于Peridynamics理论精细化模拟基本构件的局部开裂损伤破坏行为,形成了高效、精确的“有限元主结构-Peridynamics子结构”耦合分析模型。开发了广义Peridynamics子结构,详细阐述了 Peridynamics子结构模型的边界处理方法;推导了主、子结构的动、静力等效平衡方程;开发了高效的动力显式和静力隐式算法。通过平面混凝土悬臂梁局部开裂行为的精细化模拟,结果表明:“有限元主结构-Peridynamics子结构”耦合模型可以高效、精确地模拟基本构件的局部非连续性损伤破坏行为。（5）通过两座高层结构地震弹塑性精细数值子结构分析验证了精细数值子结构模拟方法的适用性和有效性。以高层钢框架-支撑结构和高层框架-钢筋混凝土剪力墙结构为研究对象,采用数值子结构方法进行动力时程分析。主结构建立粗糙的有限元模型,隔离子结构模拟中,屈服梁柱构件由隔离的常规非线性纤维单元模拟,屈服支撑和局部关键钢筋混凝土剪力墙构件的非线性行为则由前文介绍的精细化有限元模型计算得到。分析结果表明:高性能的数值子结构方法可较为精确地捕捉高层结构在强震作用下局部关键构件的损伤破坏行为,有效地模拟整体结构的塑性区扩展、损伤演化规律和失效模式。