型钢混凝土异形柱结构是异形柱结构和型钢混凝土结构相结合产生的一种新型结构体系，它不仅具有异形柱结构柱楞在室内不凸出、少占建筑空间、美观适用等优点，还保持了型钢混凝土结构承载能力高、抗震性能好等优越性。课题组前期已经对型钢混凝土异形柱及其框架节点的基本受力行为及抗震性能进行了研究，本文在此基础上对型钢混凝土异形柱框架的抗震性能及设计方法进行系统研究。设计了3榀两跨三层的型钢混凝土异形柱框架，分别为空腹式配钢的异形柱中框架、实腹式配钢的异形柱边框架和实腹式配钢的异形柱中框架。通过对其进行低周反复加载试验，观察了型钢混凝土异形柱框架的受力过程和破坏形态，获得了型钢应变的分布、荷载-位移滞回曲线和骨架曲线，分析了其承载力、层间位移角、延性、耗能能力、刚度退化等力学性能。结果表明：型钢混凝土异形柱框架破坏时形成梁铰机制，符合“强柱弱梁”的抗震设计要求；滞回曲线饱满对称，延性和耗能能力均优于钢筋混凝土异形柱框架。基于试验结果，提出了型钢混凝土异形柱框架的三折线恢复力模型。采用有限元软件Abaqus对型钢混凝土异形柱框架进行了单调荷载作用下的静力弹塑性分析，计算结果与试验结果符合较好。根据计算结果，对型钢混凝土异形柱框架的工作机理进行了分析，明晰了型钢混凝土异形柱框架在水平荷载作用下的截面应力分布和发展规律以及破坏模式。在此基础上，建立Abaqus模型分析了混凝土强度、柱型钢强度、轴压比、柱肢高肢厚比、梁柱线刚度比和梁柱屈服弯矩比对型钢混凝土异形柱框架受力性能的影响，得到了各参数的影响规律。采用Opensees平台系统对型钢混凝土异形柱框架进行了滞回性能及时程反应分析。对试验框架模型进行低周反复荷载作用下的有限元计算，得到的滞回曲线与试验结果符合较好。根据计算结果，分析了型钢混凝土异形柱框架梁端和柱端的弯矩-曲率滞回曲线以及P-Δ效应和轴压比对型钢混凝土异形柱框架滞回性能的影响。对试验框架模型进行模态分析和输入地震波作用下的时程分析，结果与Sap2000的相应计算结果符合较好。基于计算结果，分析了峰值加速度相同的不同地震波作用下以及峰值加速度不同的同一地震波作用下型钢混凝土异形柱框架的位移、加速度和基底剪力等动力响应。参照国内外相关规范，将型钢混凝土异形柱框架的性能水平划分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和接近倒塌五档，并结合三个地震设防水准，给出了型钢混凝土异形柱框架的抗震性能目标。在型钢混凝土异形柱及框架抗震性能试验研究的基础上，提出了型钢混凝土异形柱框架对应五个性能水平的层间位移角限值。将基于位移的抗震设计理论应用于型钢混凝土异形柱框架，结合其结构特点给出了设计步骤，并以8层框架为例，具体说明了设计过程。同时，通过总结分析给出了型钢混凝土异形柱框架的构件截面设计方法。