索穹顶结构是一种基于张拉整体思想的新型预应力结构,它是一种由索、杆及膜组成的柔性空间结构体系。索穹顶结构能够充分发挥钢材的抗拉性能,具有造型优美、自重轻、稳定性好、受力合理等优点，非常适合用于大跨度建筑的屋盖设计，因此它一直是工程界研究的热点。各国学者对索穹顶结构进行了大量的研究和探索，关于各影响因素对索穹顶结构性能的研究已经取得了一定的成果，但对索穹顶结构的断索分析和抗火研究至今仍存在一些不完善的地方。本文在查阅大量国内外文献的基础上，介绍了索穹顶结构的发展历史、结构特点及其工作机理，并针对目前国内外研究现状和本学科组的研究进展提出了本文的研究内容。根据我国第一个大跨度索穹顶工程——鄂尔多斯伊旗体育中心工程的研发成果，针对Geiger型索穹顶平面外刚度不足等缺点，提出采用Levy型索穹顶结构的改进方案。本文根据实际工程的建筑尺寸重新计算了Levy型索穹顶结构的初始预应力；并对结构的静力性能、断索影响、动力性能、抗震性能及抗火性能进行了研究和分析。索穹顶结构的静力性能研究包括三部分内容：第一部分是研究索穹顶加载历程的荷载-位移曲线及其各构件内力的变化规律；第二部分是对索穹顶在1/2跨和1/4跨均布荷载作用下的结构静力性能进行了分析。第三部分是研究索穹顶结构的静力性能随初始预应力、撑杆高度、结构跨度、结构矢跨比等各种结构参数改变的变化规律。断索分析部分应用瞬态动力学原理研究了各种索单元单根索破断对结构位移和内力影响；同时还研究了结构达到破坏时各种索单元的断索根数，并依据分析结果对各构件进行了安全等级划分，为结构的施工、维护和安保提供了有价值的参考。动力性能分析部分对结构在初始平衡态及荷载平衡态下的动力特性进行了研究，并分析了四种结构参数的变化对索穹顶结构的动力特性的影响。抗震分析中选取了三种地震波，采用三维地震输入对结构进行了多遇地震的时程分析，并对结构的位移和内力响应进行了研究。抗火部分研究了预应力水平对结构抗火性能的影响，并模拟了屋面结构起火对结构性能的影响，此种火灾工况的研究更加接近实际火灾情况，对该类结构的火灾救援具有一定的借鉴意义。