索穹顶结构是一种由脊索、斜索、环索和撑杆构成的空间张力索杆体系,这种结构以其新颖的结构造型、巧妙的构思、较轻的自重和快速的施工,一经问世便引起了国际空间结构学术界与工程界的高度重视。目前索穹顶结构的屋面覆盖系统主要采用张拉膜,对于刚性屋面索穹顶的研究尚处于起步阶段。玻璃面板、彩钢板等传统刚性屋面材料,在国内钢屋盖结构中已有非常广泛的应用,但刚性屋面的跨越能力小,需要增设次结构支承屋面,并将屋面荷载传递至索穹顶主体结构,这对次结构的跨越能力提出了较高的要求。弦支穹顶结构是一种刚柔相济的杂交结构,其用上部网壳替换了常规索穹顶结构中的脊索网。弦支穹顶由于存在上部网壳而易于铺设刚性屋面材料,但弦支穹顶存在受压弯的网壳,用钢量相对较大,且目前弦支穹顶普遍需要搭设大量支架来高空拼装网壳,施工措施费高,高空焊接量大,工期长。本文作者在阅读了国内外大量文献的基础上,分析并总结了常规索穹顶结构及弦支穹顶结构的结构特点、施工方法以及工程应用,提出了一种新型拉梁-索穹顶结构。拉梁-索穹顶结构由拉梁、斜索、环索、撑杆和内拉环构成,即将常规索穹顶结构中仅受拉的柔性脊索替换为受拉弯的刚性拉梁。拉梁-索穹顶兼具索弯顶和弦支穹顶的优点,通过预应力张拉在拉梁、斜索和环索中均建立预张力,属于张力结构;拉梁受拉弯,稳定性好,用钢量少,通过在拉梁上合理设置铰接节点可采用先进的少支架甚至无支架的整体牵引提升的方法进行施工,便于铺设刚性屋面材料。本文对拉梁-索穹顶结构的构形进行研究,介绍其基本构成。拉梁上的铰包括设置在拉梁端部的结构铰和拉梁中部的机构铰,根据铰的设置位置,可以将拉梁-索穹顶分为无铰、单铰、双铰和三铰四种情况。对三铰拉梁、两铰拉梁、单铰拉梁、中铰拉梁、无铰拉梁和脊索构件进行了对比分析,研究了集中荷载和均布荷载作用下六者的受力和变形情况。采用迭代法进行了拉梁-索穹顶结构找力分析。采用整体提升牵引的施工方法实现拉梁-索穹顶的无支架提升牵引施工,需要在拉梁中部和端部设置若干铰接节点使拉梁网格变为机构,提出了十四种拉梁铰接节点设置方案。改进了“确定索杆系静力平衡态的非线性动力有限元法（简称NDFEM）”,使其适用于由索杆梁组成的拉梁-索穹顶结构,并对相应的结构模型进行了施工全过程分析,通过施工模拟分析得出了拉梁铰接节点布置的可行模式和最优模式。本文采用非线性有限元计算方法,对拉梁-索穹顶的静力性能进行分析,考察了在满跨和半跨活荷载作用下,构件内力和节点位移随荷载变化的规律,并对不固定拉梁中铰和固定拉梁中铰的拉梁-索穹顶进行了对比分析。同时,为掌握拉梁-索穹顶结构与弦支穹顶、常规索穹顶结构的受力性能差异,分别建立相同跨度和拓扑关系的上述三种结构的模型,对三种模型的受力性能与变形情况进行对比,分析了刚性拉梁对结构的整体刚度、局部刚度和承载力影响。此外,通过改变预应力水平、温度作用和拉梁截面形式等方面,对拉梁-索穹顶结构进行了参数化分析。另外,对拉梁-索穹顶结构与弦支穹顶、常规索穹顶结构的动力自振特性进行了分析和对比。对弦支穹顶、常规索穹顶和拉梁-索穹顶进行了两种荷载组合下的特征值屈曲分析,然后采用一致缺陷模态法,并引入结构第一阶屈曲模态为缺陷分布,考虑跨度的1/300为缺陷最大值进行了非线性屈曲分析,得到了结构在指定荷载工况作用下的极限承载力。接着,研究了预应力水平、杆件截面规格、初始缺陷大小和环向杆件等因素对拉梁-索穹顶稳定性能的影响。为验证本文的理论分析结果,分别制作了一个直径6m的Geiger型和一个直径8m的Levy型拉梁-索穹顶结构模型,介绍了这两个试验模型的构件构造、节点设计以及试验模型的安装过程,模拟了其施工成型的全过程,测试了施工过程中结构的内力和位移,验证了“无支架整体牵引张拉施工方法”的可行性;分析了结构在满跨荷载和半跨荷载作用下的力学性能;通过实测值与理论值的对比分析,得出了一些有益结论。本文最后对研究的内容及成果作了系统总结,提出了进一步研究的的问题。本文的研究工作为拉梁-索穹顶结构的设计和施工提供了有力的技术支持,对拉梁-索穹顶结构的设计与施工均具有重要的理论研究意义和工程应用价值。