随着可开发平地面积的减少、强震作用的频繁出现,山地掉层建筑的受力性能得到广泛关注,但是目前仅局限于钢筋混凝土掉层。经过大量的研究发现,钢结构的综合经济效益是比较明显的,国家也在“十三五”规划中明确提出将大力扶持钢结构建筑,基于此,“掉层钢框架”的概念应运而生。现有的掉层结构研究已在抗震性能、抗震设计、抗震措施和抗倒塌能力等方面有了深入的认识,但是掉层钢框架是否具有相同的抗震规律还有待斟酌。因此有必要对掉层钢框架进行定量分析,通过与空间普通钢框架对比发现掉层钢框架存在的问题,并为今后掉层钢框架的抗震设计、安全性能评估和地震灾害损失的预测提供参考依据。为了研究掉层钢框架在强震作用下的抗地震倒塌能力,本文按照我国现行针对普通钢框架的规范共设计6个钢框架模型,包括1个普通钢框架和5个掉层钢框架。另外,为了分析不同坡向的抗倒塌性能,再增加普通钢框架和掉一跨一层钢框架的横坡向算例,共计8个算例。采用增量动力分析对各算例进行研究,考察了不同掉层数、不同掉跨数和不同坡向等因素在各极限状态下IDA曲线和易损性曲线等的变化规律。最后,本文对各算例进行了倒塌模式的研究,并计算了各算例在不同楼层发生倒塌的概率。通过本文研究,得到的主要结论如下:(1)本文将所有算例的IDA曲线划分为三种类型:软化型、交替型和硬化型。三类曲线的起始段均为直线,意味着结构处于未屈服状态;随后由于结构动力响应不一致,使得各模型的层屈服机理不一致,导致弹塑性阶段存在差异。(2)对比不同掉层数钢框架模型,研究发现,对于IDA50%分位曲线的倒塌点分析和易损性曲线中倒塌概率为50%对应的谱加速度值分析这两个方面,掉层钢框架的抗震规律较为一致。具体表现为:对于掉层侧,掉层数越多,掉层侧的抗倒塌能力越好,甚至掉层数占总楼层高的33%~50%附近时,掉层侧的抗倒塌能力开始反超普通钢框架;对于上接地侧,掉层数越多,上接地侧的抗倒塌能力越弱。然而,倒塌储备系数分析与前面两方面存在差异,表现为掉层侧的抗倒塌安全储备随掉层数的增大而减小。(3)对比不同掉跨数钢框架模型,研究发现,在IDA50%分位曲线的倒塌点分析、易损性曲线中倒塌概率为50%对应的谱加速度值分析和倒塌储备系数分析这三个方面,掉层钢框架的抗震规律较为一致。具体表现为:对于掉层侧,当掉跨数占比小于总楼跨度的50%左右时,掉层侧的抗倒塌能力和抗倒塌安全储备是弱于普通钢框架的,且掉跨数越多越弱;当掉跨数占比超过总楼跨度的50%左右时,掉层侧有所改善,但还是弱于普通钢框架。对于上接地侧,掉跨数越多,上接地侧的抗倒塌能力和抗倒塌安全储备越弱。(4)由于掉层框架存在上接地薄弱层,且扭转效应显著,导致普通钢框架的抗地震倒塌能力高于掉层钢框架。对于掉层钢框架的抗倒塌安全储备,在纵坡向,掉层侧高于上接地侧,而横坡向,掉层侧低于上接地侧。这表明掉层钢框架不同坡向的倒塌破坏模式存在差异,建议在掉层钢框架设计时应同时考虑两坡向的抗震分析。(5)按上接地侧考虑时,掉层钢框架上接地一层为最主要的倒塌薄弱层,而其它楼层出现倒塌的情况较少,因此结构的抗地震倒塌能力几乎完全由上接地一层决定,建议在结构抗震设计时也更应加以重视。此外,按掉层侧考虑时,掉层钢框架上接地二层为最主要的倒塌薄弱层,其中不同掉跨数模型的倒塌模式相近,而不同掉层数模型将出现新的倒塌模式。