随着我国钢结构产业的迅猛发展,越来越多的结构形式采用钢框架结构。在钢框架结构设计过程中,往往把梁柱连接简单地考虑为铰接连接或者刚性连接,这与实际情况不符。任何形式的梁柱连接理论上都是一种半刚性连接,为了真实地模拟实际结构的真实受力行为,必须要把半刚性连接的力学性能研究清楚。我国现行的《钢结构设计规范》(GB50017-2003)采用的是两阶段分析设计方法,即：结构分析和构件设计相分离的方法,这种方法具有明显的不足之处。直接分析设计法是考虑了结构和构件的P-△,P-δ效应、并同时考虑了结构和构件的初始缺陷、节点连接刚度和其它对结构稳定性有显著影响的因素,允许材料的弹塑性发展和内力重分布,获得各种荷载设计值下的内力和荷载标准值下的位移,并应按照其它相关设计规定进行直接设计的分析设计方法。本文选取顶底角钢半刚性连接和外伸端板半刚性连接作为研究对象,基于三参数模型理论,对半刚性连接钢框架进行了直接分析设计,并与已有的试验数据进行了验证。研究结果表明,采用本文所提出的理论和计算方法对半刚性连接钢框架进行直接分析设计是可行的,其结果具有实际工程的应用性。本文主要的研究工作包括：(1)推导了顶底角钢半刚性连接和外伸端板半刚性连接的初始刚度、极限弯矩、形状系数的实用计算公式；(2)利用ANSYS软件建立了34个顶底角钢半刚性连接和37个外伸端板半刚性连接有限元模型,用这些有限元分析结果验证了两种半刚性连接的初始刚度、极限弯矩、形状系数计算公式的正确性和适用性；利用W.F.Chen的数据库里的试验数据进一步验证了极限弯矩、初始刚度以及形状系数计算公式的正确性和适用性；(3)基于现行的《钢结构设计规范》(GB50017-2003)的柱子曲线,利用钢结构的稳定分析原理,推导出构件的等效初始缺陷,这种等效初始缺陷包括构件的初始几何缺陷和初始残余应力。把构件的等效初始缺陷值引入到非线性分析设计软件NIDA中去,建立了包括31种截面类型、总共近600个算例,得到它们的极限荷载,并与利用《钢结构设计规范》(GB50017-2003)相关计算方法得到的极限荷载进行对比分析,验证了本章提出的构件等效缺陷值的正确性和适用性。(4)详细地介绍直接分析设计方法的原理,并推导了可以考虑构件的初始缺陷,塑性铰以及半刚性连接的点平衡插值单元(PEP单元)的刚度矩阵。最后利用具有直接分析设计功能的NIDA软件分析了两个试验算例,验证了利用本文所提出关于半刚性连接钢框架计算方法的正确性和适用性。