随着抗震理论研究的深入，计算手段的不断进步，建筑结构的日趋复杂，线弹性理论已经不能完全满足工程实际的需要，整体结构的非线性分析已成为复杂结构设计的迫切要求。但因非线性分析理论较为复杂、计算手段欠缺等原因的限制，现阶段非线性分析在实际工程中的应用常常仅限于构件分析上。基于宏观单元的有限元法应用于结构整体非线性分析，有自由度少，计算时间短等优势，在工程应用中有很好的发展前景。对于应用最广泛的两种宏观单元，纤维单元和塑性铰单元，用于结构整体非线性分析的精度如何，是否能满足工程应用的需求，还需通过试验结果来验证。　　 本文分别采用纤维单元模型和塑性铰单元模型对一个四层足尺钢框架振动台试验进行模拟分析，在三维空间非线性分析程序Perform-3D中进行静力和动力非线性分析，比较分析结果，并与试验结果对比，以研究两种模型应用于钢框架整体结构非线性分析的计算精度。　　 本文阐述了结构非线性分析理论和Perform-3D程序的特点；介绍了在日本E-Defense振动台上进行的四层足尺钢框架振动台试验，并对与该试验同时进行的预测性分析比赛的研究结果进行了总结；根据振动台试验前的材料拉伸试验结果建立材料的本构关系，对框架梁、柱的低周往复加载试验进行了模拟分析，确定了采用纤维单元和塑性铰单元的构件本构关系；分别建立纤维单元和塑性铰单元的整体结构模型，进行模态分析和线性时程分析，并与ETABS程序分析结果进行对比，验证整体模型的合理性；进行了Pushover分析了解结构在试验地震波激励下的破坏形态；对钢框架纤维单元结构模型和塑性铰单元结构模型进行了0．4倍、0．6倍和1．0倍Takatori地震波作用下的动力非线性分析，并讨论了纤维单元模型截面纤维的划分、塑性区长度的取值等问题；最后对采用组合梁的整体结构模型进行了动力非线性分析。　　 结果表明基于纤维单元模型和塑性铰单元模型的整体结构弹塑性分析方法可以用较少的自由度，很好地反映结构在各阶段地震力作用下的弹塑性行为，高效地完成整体结构非线性分析。可以认为，Perform-3D程序的纤维单元模型和塑性铰单元模型用于计算我国规范规定的7度和8度地震作用的多层钢框架结构，其结果是真实可靠的，而且计算结果偏安全。