预应力双层柱面网壳结构是在双层柱面网壳结构中引入预应力技术，由拉索承担部分结构内力，从而改善网壳结构不合理受力的结构体系。目前，对于球面网壳、单层柱面网壳结构的研究日趋完善，而对于双层柱面网壳结构，尤其是预应力双层柱面网壳结构的研究相对较少。因此，本文以大跨度的双层柱面网壳结构为例，选择出对结构受力有利的四种布索方案，并对其进行静力分析、线性及非线性的稳定性分析、自振特性及抗震性能分析，完善预应力双层柱面网壳结构的设计理论，为预应力双层柱面网壳结构设计提供一定的参考。本文结合三种荷载工况（满跨竖向荷载、半跨竖向荷载及半跨水平荷载）对无预应力和四种布索条件下的双层柱面网壳结构进行了静力、稳定性及动力对比分析，分析过程中考虑了结构矢跨比、网壳跨度、网壳厚度三种参数变化对结构性能的影响。通过分析得出不同布索方案对结构性能的改善效果及适用范围。首先，建立双层柱面网壳结构模型，结合已有布索方案研究布索对结构内力的影响，得出可以降低结构最大杆件内力、最大位移及支座反力的四种布索方案；其次，对结构进行静力分析，比较不同因素变化对结构最大杆件内力、最大节点位移及支座反力的影响，得出对结构静力性能改善效果较好的布索方案；第三，对结构进行稳定性分析，分析中假定材料保持为线弹性，考虑结构的几何非线性，比较不同因素变化对结构屈曲临界荷载值的影响，得出对结构稳定性提高效果较好的布索方案。第四，对结构进行动力特性分析，分析包括自振特性分析和地震荷载作用下的结构性能分析。自振特性分析主要比较不同变化因素对结构基频的影响，反映布索对结构整体刚度的提高程度。地震荷载作用下的结构性能分析包括最大位移包络值的比较及最大杆件内力的比较，反映布索对结构抗震性能的提高程度。