云南省作为我国地震最活跃地区之一,长年遭受频发地震以及罕遇地震的影响。地震破坏突发性强、随机性大、范围较广且带来的次生灾害也较严重。地震灾害给人身安全和社会经济带来了巨大的威胁,这种情况在地震多发的云南落后地区尤为显著。落后地区经济条件较差,没有能力考虑房屋结构抗震能力,因此在地震中会受到较大的经济损失和安全威胁,长此以往,备受其扰。故本文考虑因地制宜,本着低造价、便施工、抗震好的原则,设计一种颗粒填充方钢管钢框架结构,并对其抗震性能进行分析。首先,针对云南省落后地区,根据场地类别、地震设计分组以及相关工程背景设计民用钢结构建筑,并建立有限元模型。设计结构均满足相关设计和抗震规范,表明该结构与真实工况条件相符,具有指导实验室试验的条件,便于后期与颗粒填充方钢管钢框架进行对比分析。基于相似模型理论,设计试验试件,控制施加荷载及相关参数。其次,对颗粒填充材料进行选择,本着低造价、便施工、易获取的理念,选取级配碎石和瓜子石作为颗粒填充材料。对级配碎石和瓜子石进行颗粒级配试验、压碎值试验以及针片状颗粒含量试验,对其进行类别判定,根据试验结果选取较优级配和较好压碎值和针片状颗粒含量的材料。为了进行颗粒材料的剪切摩擦耗能试验,设计了一种颗粒材料剪切摩擦耗能试验装置。该装置能较好的模拟颗粒材料在方钢管腔体内部的运动,便于更换填料施加竖向荷载,大大提高了试验效率和研究成本。对选取的较优级配碎石和瓜子石进行剪切摩擦耗能试验,对耗能能力进行分析。试验结果表明,颗粒材料的耗能能力主要与颗粒材料的类别、位移幅值以及竖向荷载相关,且与位移幅值和竖向荷载呈正相关。然后,对颗粒填充方钢管进行低周反复加载试验(即拟静力试验),对方钢管的初始起滑力、初始刚度、等效刚度、耗能能力以及破坏形态进行分析。结果表明,填充颗粒材料和未填充颗粒材料的方钢管破坏过程均为四阶段,即小变形阶段、大变形阶段、快速变形阶段以及断裂破坏阶段。但颗粒填充后的方钢管的断裂破坏阶段要迟于未填充的方钢管,表明颗粒填充材料改善了方钢管的破坏过程。对方钢管的骨架曲线和滞回特性曲线分析表明,颗粒填充后的方钢管刚度和耗能能力有所提高,但不显著。最后,对颗粒填充方钢管施工方案进行改进,在其腔体内焊接栓钉,并进行地震模拟振动台试验。试验结果表明该施工方案改善了结构的动力特性和动力反应,有效的提高了结构的抗震性能。并将颗粒填充方钢管振动台试验结果还原至结构模型中,通过地震作用下结构的层间位移角对比,颗粒填充方钢管钢框架结构的抗震性能有所提高,表明该措施改善了结构的抗震能力。