索穹顶(Cable Dome)属于空间铰接杆系结构,是目前最能体现张拉整体体系(Tensegrity System)特点的结构形式,国外大量的工程实践显示了其强大的生命力和广阔的应用前景。本文从理论和实验两个方面对这一结构体系进行了较为深入的研究,旨在为这种具有优秀性能的结构早日在国内得到应用作微薄贡献。索穹顶结构的成形分析是该体系的基础问题,由于包含刚体位移使得跟踪难度相当大。本文基于改进动力松弛法对结构施工过程进行计算,采用拆除张拉索段的方法能够克服因其刚体位移而造成的分析困难。该方法操作简单且力学概念明确,算例和模型试验表明其能够应用于不同的索穹顶结构和索杆张拉结构的施工模拟。索穹顶的刚度和承载能力都是通过施加预应力来获取的,预应力设计是对索穹顶进行任何其他分析的基础,所以它的找力分析是一项很重要的工作。本文提出一种找力分析方法——不平衡力迭代法,它可以克服整体可行预应力法的一些不足:即使在索穹顶构件分组发生错误时仍可找到满足已知形状的预应力分布,并且该方法具有良好的稳定性和运算效率,算例表明不平衡力迭代法非常适合大型复杂索穹顶结构的找力分析。本文分析了Levy体系索穹顶结构在使用阶段的受力性能,着重讨论了在均布荷载工况下,初始预应力幅值、矢跨比、桅杆高度等三个参数对结构静力性能的影响,这三个参数也倍受工程设计人员的关注,最终得出了一些重要结论。索穹顶结构中压杆起着十分重要的作用,压杆的失稳将导致整体结构的失效。故本文研究了索穹顶结构在静力荷载作用下,基于压杆失稳的失效机理,提出了具体的失效判别依据,求得了相应的极限荷载。本文通过对一直径为4.8m的Levy型索穹顶模型的成形与加载试验研究,得到了在成形过程中和不对称荷载作用下结构的内力和变形规律。试验结果表明,单元的初始下料长度、重力作用效应、预应力损失等均是实际工程设计中的关键问题。试验结果证实了笔者提出的成形和找力分析方法可以满足索穹顶结构张拉成形要求,试验结果还证实了索穹顶结构的非保守性能。论文最后对上述研究成果进行总结,并提出了以后待解决的若干其它关键问题。