结构工程研究者日益认识到在结构设计中首先应注重的是结构整体而非单根构件的承载性能.由于现行规范存在这方面的缺陷,在过去十年关于钢结构的非线性分析与设计研究中,高等分析与设计受到了广泛重视.高等分析是精确的结构整体二阶非弹性全过程分析,而高等设计为基于高等分析的设计.在钢结构设计中运用高等分析与设计,可以在结构分析中直接评价结构整体的承载能力而无需进行构件验算,同时还可以保证结构的安全性和经济性.但是在以前的钢结构设计中,无法保证结构体系的可靠度水平.本文的研究目标包括:考虑各种非线性因素的平面钢框架结构的高等分析;提出一种简便高效的计算钢框架结构体系可靠度的方法,并基于结构体系可靠度评价提出平面钢框架结构的高等设计公式.为了实现平面钢框架结构的高等分析,本研究首先推导了同时包含轴力和剪切变形影响以及考虑杆件初始弯曲和弓形效应的平面梁单元弹性刚度方程.并在此基础上建立了带有跨中塑性铰的平面梁单元非弹性分析模型.这一非弹性分析模型可以考虑剪切变形、板件局部失稳、截面塑性逐步扩展、塑性沿杆长方向的分布、材料强化、初始几何缺陷和残余应力等非线性因素的影响.为验证平面钢框架结构高等分析程序的精度,在同济大学静力结构试验室进行了两榀单跨两层平面钢框架结构的试验.同时本文还进行了4榀带有AAC(蒸压加气混凝土,Autoclaved Aerated Concrete)填充墙的钢框架结构在静力和低周反复荷载下承载性能的理论和试验研究.本文进一步发展了计算结构体系可靠度的复合抽样半解析法.并运用这种方法,在现有统计参数的基础上对工程中平面钢框架结构的体系可靠度进行了比较实际的评价.为了明确在结构高等设计中结构体系的可靠度水平,本研究使用RAD方法,并通过结构体系可靠度评价得到了RAD的实用设计表达式.LRFD、PAD、RAD三种设计方法在典型设计实例中运用的比较表明,RAD方法比LRFD方法更经济合理,而RAD方法比PAD方法所体现的结构体系可靠度水平更明确和一致.RAD方法不仅能克服现行设计规范的缺陷,并能简化设计,是一种更先进的钢结构设计方法.本文的研究为实现钢结构高等分析与设计进行了进一步的探索.以比较常用的平面钢框架结构为研究对象,所以得出的结论也具有相当广泛的应用前景.