近年来世界各地频发大地震,造成了重大的工程结构破坏、人员伤亡和经济损失。随着我国城市化水平的不断提高,多数大中型城市都建设了大量的高层建筑,且不少地区属于地震易发区域。目前由于地震尚不能准确预测,因此着力提高工程结构的抗震能力仍具有重要的社会、经济意义。基于国家自然科学基金重大研究计划“重大工程的动力灾变”中重点项目“超高层建筑的动力失效模式及抗灾-分灾优化设计研究(90815023)”,本文主要开展了地震作用下建筑结构简化的非线性分析方法、全寿命造价优化设计和分灾设计等相关的研究工作,为高层建筑结构的抗震设计提供理论方法依据。首先,本文概要地总结了工程结构抗震设计的方法,及非线性静力方法、全寿命造价优化设计和结构分灾设计的近期发展；系统地整理了建筑结构地震响应分析的基本理论,包括了地震作用下运动方程、弹性的模态时程分析及反应谱分析方法、非弹性静力分析方法；重点回顾了4种经典的非线性静力方法,包括等效线性化方法、位移系数法、N2方法和模态Pushover方法。基于性能的结构抗震设计所面临的一个巨大挑战就是研究、发展高效可行的评估结构抗震性能的方法。非线性静力Pushover分析方法目前正在被越来越多的规范指南推荐使用,并逐渐成为认可的标准方法。为了避免传统Pushover曲线的翻转,本文提出了基于能量平衡的多模态Pushover分析方法,可以有效地捕捉高阶模态效应。与能力谱方法一致,该方法结合了模态的能量能力和需求的概念,并保持了不变的侧力加载分布的优势。在使用近断层地震动作用下平面结构对该方法进行数值评估时,本文采用了高阶模态能量需求为弹性的假定,通过数值评估表明提出的方法可以有效地估计地震响应需求。然后,本文着重考察了基于能量平衡的多模态Pushover分析方法对单向偏心结构的适用性,包括TS (Torsionally-stiff)、TSS (Torsionally-similarly-stiff)和TF (Torsionally-flexible)结构系统。研究表明对于弹性模态弱耦合的TS、TF系统,本文提出的方法能够有效地估计结构的地震响应；但对于弹性模态强耦合的TSS系统,会严重低估TSS系统的地震响应。此外,随着激励的增强,该方法的评估精度逐渐降低。本质上,该方法是地震反应谱分析方法在非弹性域的一个推广。此外,本文开展了基于改进的模态Pushover分析方法的结构全寿命造价优化设计。本文采用了基于模糊评判技术的损失评估策略,且使用了能够较好地考虑结构高阶模态效应的改进的模态Pushover方法。需要指出的是,在优化过程中进行结构抗震分析时,本文采用基于地震反应谱的实用的模态Pushover方法,主要是为了方便地考虑设计地震的位移需求。通过自适应的模拟退火算法进行优化求解,不但得到了全寿命造价优的设计,而且最优设计的结构鲁棒性也显著地提高。最后,本文详细研究了含金属结构保险丝的分灾系统。结构分灾设计将整个结构系统从概念上分为两个部分：主体功能结构和分灾元件(或结构保险丝)。强地震作用下分灾元件开始发挥分灾作用,通过损伤耗能甚至完全牺牲破坏以保护主体功能结构。根据三线性单自由度系统的延性方程,本文提出了结构分灾设计谱,并对其进行了参数化分析,得到了满足结构保险丝概念的有效参数集。本文还分别给出了含金属结构保险丝的分灾系统的周期约束条件和分灾系统屈服力的需求公式,以及基于力的结构分灾设计和加固的基本步骤,并通过设计算例来验证提出的设计方法的有效性。