自建筑出现以来,人类就不断追求使其跨越更大空间的可能性,大跨度建筑及大跨度结构技术是一个国家建筑科技水平的重要标志之一。本文以大跨度结构的工程问题为导向,以为结构设计服务为出发点,对大跨度结构的受力机理进行了研究,结合工程实例对索结构的相关问题进行了深入探讨,为结构设计人员从力学原理出发解决大跨度结构尤其是索结构的设计问题提供参考和指导。主要工作和成果如下:1)探讨了大跨度结构的受力效率问题。根据结构抵抗竖向荷载产生的力矩的特点,可以将大跨度结构分为三大类,即梁式结构、桁架式结构和索拱式结构。理论分析和算例分析表明,在抵抗竖向荷载产生的力矩方面,索拱式结构效率最高,桁架式结构次之,梁式结构最低。索拱式结构受力效率的优势可以从构件受力层次、内力外力层次和力臂层次进行直观的解释。2)探讨了索的刚度问题。索结构从材料、构件的连接与约束、构件的几何形状和结构的内力中获得刚度。索的刚度包括侧向刚度和轴向刚度。索的侧向总刚度由小位移线性刚度、几何刚度和大位移刚度构成,理论分析表明,在索变形过程中,三种刚度存在转化关系。索的轴向刚度受索的垂度影响。通过对比索在不同荷载模式下的变形,论证了索的轴向刚度对其侧向变形存在影响,当索承受的荷载模式发生改变时,索的侧向变形会显著增大。3)探讨了索结构设计的关键问题,并结合工程实例进行阐述。分析了索结构在安全性、适用性、经济性方面的特点,探讨了索结构在传力路径、整体冗余度、整体刚度、受压杆件稳定性等方面的设计难点及解决方案。模型建立是索结构计算过程中结构工程师直接面对的难点,参数化建模是应对该难点的有效手段。探讨了参数化建模的原理、流程和优势。4)探讨了索结构设计过程中需要考虑的施工复杂性。考虑施工复杂性是索结构设计工作中极为重要的内容,结合工程实例分析了设计过程中需要着重考虑的施工复杂性因素,以及解决施工复杂性问题的方法。对工程实例中的施工关键问题进行了探讨,指出施工步骤的确定应保证设计意图的实现。