随着现代建筑设计理念的日新月异，建筑造型越来越复杂，竖向体型也趋于多变，许多非常规的异形建筑不断涌现。钢结构由于其自身的优点及设计施工方法的日益成熟，大量应用于这类异形建筑结构中。异形钢结构设计所需要考虑的因素很多，相对于常规结构的设计也会较为复杂，设计时大多需要进行复杂的非线性分析，由于其结构的真实承载性能及结构受力特性很难根据以往经验进行预测，并且相关分析设计方法的研究资料很少，也无规范依据可以套用，为保证设计出的结构既安全又经济，建立合理、可靠的理论计算模型和进行精确的计算分析对指导这类异形结构的设计具有很重要的现实意义。因此，本文对此类建筑结构开展了必要的试验及设计理论与方法研究。本文以某大型工程中存在的带折线斜柱异形钢框架为研究背景，主要进行了以下几个方面的研究工作：（1）对该大型工程中存在的大悬挑变截面梁折线斜柱异形钢框架结构进行了大比例缩尺模型试验研究。对其进行了设计验证和静力极限承载力试验研究及相应的有限元理论分析，重点考察了大悬挑变截面梁折线形斜柱钢框架结构的受力性能和薄弱部位，为合理优化的结构设计提供理论指导。（2）在上述研究的基础上，对该工程中采用的异形折线斜柱进行了进一步的试验研究。对其进行了设计验证和受压极限承载力的缩尺模型试验和有限元分析，结合试验结果与有限元计算结果，分析了折线斜柱的受力变形特征和内力分布规律。研究了折线斜柱的破坏形态及位置、荷载-位移曲线、极限承载力等，验证了理论分析与原型结构设计的正确性。（3）基于非线性有限变形理论建立了异形钢框架结构非线性分析的屈服面塑性铰模型，并编制了相应计算机程序，对异形钢框架结构进行了基于结构整体极限承载力的非线性全过程分析，并与通用有限元分析所得结果和试验所得结果进行了对比分析，验证了本文提出非线性分析方法的准确性。（4）在异形钢框架的结构分析中，将异形柱归类为等效斜柱，提出了在刚度等效原则基础上的等效代换法；建立了将折线柱等效为直线柱的等效代换模型，提出了通过将该类构件进行刚度等效以达到非线性内力等效的基本原则与思路。（5）建立了异形钢框架结构的斜柱受力解析模型，分析了初始倾角，杆端侧向约束，柱两端转动弹簧约束，作用荷载，以及柱自身的刚度等参数对斜柱二阶效应的影响。（6）建立了异形钢框架结构中折线斜柱的受力解析模型，根据本文提出的直线柱等效法，给出了对称折线斜柱弯矩放大系数的计算公式，通过引入非对称系数和相关参数分析，将弯矩放大系数公式的适用性拓展到非对称折线斜柱，提出了折线斜柱弯矩放大系数计算的通用表达式。（7）结合上述研究成果，提出了带折线斜柱异形钢框架结构的非线性简化设计计算方法，并将其与非线性精确分析方法进行了对比，验证了该方法的精确性与实用性。