众所周知,结构抗震性能的好坏,除取决于总体的承载力、变形和耗能能力外,还与结构是否存在局部的抗震薄弱部位关系甚大。结构薄弱部位的形成,往往是由于刚度突变和屈服强度比突变所造成的。框架结构某个楼层层高的突然增大,往往会引起刚度和承载力的突变,导致该楼层区域的应力剧增和塑性变形集中,甚至严重破坏或倒塌。本文主要是研究钢筋混凝土框架结构由于层高变化引起结构竖向刚度突变的规律及其对抗震性能的影响,并提出框架结构楼层侧向刚度比限制方法的建议。论文对目前存在的有关结构楼层侧向刚度比计算的三种方法进行了分析、对比,分别在建筑的底部、中部和上部等不同部位变化楼层层高,设计了九个结构算例,进行了多遇地震作用下的弹性计算、罕遇地震作用下的静力弹塑性分析和动力弹塑性时程分析。考虑到实际工程中结构层高在底层变化的情况较多,本文共进行了三个10层框架结构振动台模型试验,这三个模型的原形结构底层层高分别是5.4m、6.8m、7.8m,二～十层层高均为3.6m,按1:10几何缩尺比例设计。模型一、二、三的竖向配重分别为500.78kN、511.72kN和517.82kN,在重力荷载作用下的应力、应变与实际结构相近,输入地震波加速度峰值1:1。为了全而、直观地认识层高不同变化引起楼层侧向刚度突变的框架结构在地震作用下的反应特征、破坏形态和破坏机理,本次试验模型一、二共进行了单向地震输入的动力反应测试和双向地震输入的倒塌两个阶段试验,模型三因在单向地震作用下已经破坏,故只进行了一个阶段试验。通过详细计算分析,特别是三个振动台模型试验的研究,取得了以下创新性的研究成果:1)首次通过振动台模型试验研究及计算分析表明:钢筋混凝土框架结构应采用楼层剪力和层间位移比方法限制楼层侧向刚度比,以避免结构在强震作用下出现软弱层造成该楼层整体破坏甚至倒塌;若采用层间位移角比法或等效剪切刚度比法限制楼层侧向刚度比,对于因楼层层高突变引起的框架结构侧向刚度突变情况是偏于不安全的,不能有效地防止结构在强震作用下出现软弱层。2)在国内首次进行了钢筋混凝土框架结构振动台模型在双向地震作用下的倒塌试验,获得了按规范设计的钢筋混凝土框架结构在强震作用下的抗震性能及破坏、倒塌模式。3)当钢筋混凝土框架结构楼层侧向刚度比按楼层剪力和层间位移比法计算不满足规范限值时,为避免罕遇地震作用下结构软弱层发生严重的塑性变形集中,应提高该软弱层的承载能力。现行规范规定将薄弱层地震剪力乘以1.15的增大系数。本文研究表明,在某些情况下乘以1.15的增大系数是不能避免结构在罕遇地震作用下发生塑性变形集中。当结构薄弱层屈服强度系数小于其相邻上、下楼层屈服强度系数平均值的65%时,应乘以≥1.25的增大系数,或直接提高该薄弱层屈服强度,使该层屈服强度系数不小于其相邻上、下楼层屈服强度系数平均值的80%。4)楼层屈服强度系数ξ_y反映了结构中楼层受剪承载力与按罕遇地震作用标准值计算的楼层弹性地震剪力的相对关系,是影响结构弹塑性变形的主要因素,结构弹塑性层间位移主要取决于楼层屈服强度系数的大小及其沿房屋高度的分布情况。对于ξ_y沿房屋高度分布不均匀的结构,ξ_y最小或相对较小的楼层在罕遇地震作用下往往率先屈服,并出现较大的弹塑性层间位移,其他各层的层间位移则相对较小。5)按国家现行有关规范要求设计的钢筋混凝土框架结构,梁端负弯矩承载力计算时应考虑有效翼缘宽度范围内的楼板与梁协同工作,控制梁、柱相对刚度比(模型一是1:4.1)和梁的截面尺寸不能过大,同时要求结构楼层侧向刚度比满足限制条件,最终结构是可以设计成梁铰屈服机制(整体屈服机制)的。6)对于竖向刚度不规则的钢筋混凝土框架结构,进行弹性设计时,有时仅进行振型分解反应谱法计算是不够的,还应采用弹性时程法进行补充验算。