带弹簧柱脚的连柱支撑钢框架结构是一种新型的构件可更换结构,在连柱柱脚处设置了弹簧,被释放了部分柱脚约束,在多遇地震和设防地震烈度作用下,连柱柱脚可以向上抬起,耗能连梁两端发生错动,率先发生弹塑性变形,吸收地震能量,而主结构仍保持弹性状态或极少部分达到屈服状态。震后仅需替换破坏的耗能连梁,便可使结构恢复正常的使用功能,不会对结构的刚度、承载能力和延性等抗侧力性能产生明显影响。在罕遇地震作用下,连柱柱脚抬起高度达到限值,柱脚被约束,整个结构抗侧刚度增加,提高整体结构的抗侧能力。由于连柱柱脚处可以抬起,耗能连梁进入塑性耗能,减小了结构的地震响应,可以避免建筑结构的直接倒塌。为了研究连柱支撑钢结构的抗震性能,本文主要做了以下几项工作:(1)设计并制作了3层单跨和2层单跨带弹簧柱脚的连柱支撑钢框架,进行低周往复加载试验研究,并各替换了一次耗能连梁。试验结果表明:带弹簧柱脚的连柱支撑钢结构是理想的构件可替换结构体系,水平荷载作用下,一侧连柱柱脚向上抬起,另一侧柱脚可作为“铰”,结构发生摆动,耗能连梁塑性充分发展。顶点位移比在1.5%之前,主结构构件基本处于弹性状态,替换耗能连梁对结构的承载力、刚度和延性等抗侧力性能影响不大,可实现结构功能的快速恢复。不同耗能连梁截面形式对整体结构的抗震性能影响较大,腹板布置加劲肋的耗能连梁抗震性能优于开孔的耗能连梁。柱脚螺栓孔按短槽孔设计更合理,可以避免柱脚被螺栓杆卡住,不能正常回落的问题。根据耗能连梁的转动能力设计柱脚抬起高度的准则不合理。(2)详细介绍了应用有限元软件ABAQUS建立试验模型的过程,其中对柱脚弹簧采用非线性弹簧单元模拟,对比发现有限元模型和试验结果拟合良好,分析了误差产生的原因,验证了有限元建模方法的合理性和可行性。依据底部剪力法,研究了不同地震烈度和高宽比对柱脚抬起的影响,研究结果表明,罕遇地震烈度下,当带支撑跨的框架高宽比大于1.93,柱脚能够向上运动。提出了连柱支撑钢结构的承载能力状态下的变形机构,推导了塑性极限承载力的计算公式。(3)应用有限元软件ABAQUS建立了3组试件,分别研究了耗能连梁长度、耗能连梁非弹性转角和高宽比对结构抗震性能的影响,结果表明,耗能连梁长度越长,结构耗能性能、承载力、抗侧刚度都有显著降低,建议长度e取值范围为(0.95~1.54)M_p/V_p。耗能连梁非弹性转角对结构耗能能力有显著影响,转动角度越大,耗能连梁段的塑性发展越充分,建议转角取值γ_p=0.06~0.08rad。结构高宽比增加,连柱支撑钢结构承载力和抗侧刚度均有显著降低,而延性和变形能力提高。(4)总结了国内外多高层钢结构的倒塌准则,提出了适用于LCBF结构的倒塌判定准则,即层间位移角达到2.6%时,认定结构达到倒塌状态。采用CMR方法评估了LCBF结构的倒塌储备能力,分析了倒塌易损性,结果表明:LCBF结构倒塌储备能力较强,罕遇地震下倒塌概率小于10%,满足“大震不倒”的要求。