偏心支撑钢框架结构兼具纯框架结构和中心支撑钢框架结构的优点,由于其刚度大、延性好和罕遇地震作用下良好的抗震性能而被应用于钢结构中,但是偏心支撑钢框架在实际设计和施工应用中仍有许多不足之处。现行规范的“半经验公式+限定条件”弹性抗震设计方法,利用弹性分析方法设计出的结构,对其施加罕遇地震荷载进行非弹性分析,其破坏模式和破坏程度可能无法满足相关的抗震需求,对于构件的性能控制偏向保守,计算复杂且浪费钢材,增加成本;为结构设置多阶段耗能和震后功能快速恢复是目前抗震设计的发展趋势,但是当下常见的偏心支撑结构中,耗能梁段与支撑和框架梁通常采用刚性连接,罕遇地震作用后耗能梁段产生塑性破坏,仍需对结构进行大量修复工作才能再次投入使用,不便于结构震后功能的快速恢复。针对现有偏心支撑钢框架的上述设计和实际运用中的不足之处,本文做了以下研究内容:(1)针对偏心支撑钢框架结构,提出一种计算简便有效的设计方法——基于功能平衡原理和能量耗散系数的塑性设计方法,使用该设计方法设计一座6层Y形偏心支撑钢框架办公楼,并利用SAP2000结构设计软件通过弹性分析和静力Pushover推覆分析验证设计方法的正确性。(2)使用本文提出的塑性设计方法设计12层Y形偏心支撑钢框架结构,选取三条适当的地震波进行动力弹塑性运算,对结构的层间位移角、地震峰值时刻结构的剪力分布和耗能梁在地震荷载下的滞回曲线进行分析,证明在动力荷载的作用下,耗能梁段作为结构抗震设防的第一道防线,可以通过自身的塑性变形来耗散地震能量,有效的增强结构延性,提高结构的抗震性能。(3)在耗能梁的底部添加高强扩孔螺栓连接来进行初步耗能,给结构设置多道抗震防线,对比添加了扩孔螺栓连接的新型Y型偏心支撑钢框架和普通Y型偏心支撑钢框架抗震性能,验证新型偏心支撑钢框架的抗震性能更具优越性。(4)使用Perform-3D分析扩孔螺栓连接型消能梁段的影响参数,包括适当增大螺栓垫板的摩擦系数、螺栓预拉力和长圆孔的长度,可以更有效地提高耗能梁和扩孔螺栓组合构件的耗能能力,提高结构延性和抗震性能,充分发挥构件的抗震优势。(5)使用Perform-3D结构分析软件对添加了高强扩孔螺栓连接的Y形偏心支撑钢框架进行设防烈度地震和罕遇地震作用下的动力弹塑性分析,结果表明:当罕遇地震作用发生时,结构通过扩孔螺栓和耗能梁段的滞回作用耗散的地震能量对输入结构的总能量占比接近70%,提高了结构的抗震性能。(6)耗能梁段通过螺栓连接在结构中发挥抗震性能,当罕遇地震发生后,若耗能梁段发生严重的塑性破坏,则可快速更换消能梁段进行修复,使结构真正实现“小震、中震无损伤,大震损伤较小且结构功能可以迅速恢复”的抗震设防目标。