劲性支撑穹顶结构是一种新型的预应力空间结构，上层是索网体系，下层为刚性杆支撑，除竖向撑杆外，其它刚性杆均为高强钢拉杆。它是由索穹顶结构发展而来的。索穹顶结构集新材料、新技术、新工艺于一身，具有造型美观、构造轻盈、高效率、自支撑自平衡等优点。但由索穹顶结构自身的特点决定其施工成形过程中存在杆件定位困难、杆件几乎不存在自然刚度等缺点。为了克服索穹顶结构上述缺点并保留其优点，提出了劲性支撑穹顶结构。本文以劲性支撑穹顶结构为研究对象，对结构合理性、静力性能、施工成形理论及模型试验等进行研究，研究成果可用于指导劲性支撑穹顶结构的工程实践。主要研究内容及成果如下:　　(1)劲性支撑穹顶结构的结构合理性及静力性能研究总结分析了索穹顶结构的优缺点，考虑高强钢拉杆的发展，提出了劲性支撑穹顶结构。为充分发挥索穹顶结构的优点，提出了保留索穹顶结构拓扑形式的劲性支撑穹顶结构。分析表明劲性支撑穹顶结构不仅克服了索穹顶结构的缺点同时保留了其造型别致、构造轻盈、自支撑自平衡等优点。　　将劲性支撑穹顶结构与索穹顶结构的静力性能进行对比，探讨了初始预应力水平、矢高、跨度及环向等分数等参数对结构静力性能的影响规律。研究表明劲性支撑穹顶结构具有良好的静力性能和结构整体性，进行结构设计时，初始预应力水平、内圈脊索内力、外圈环杆内力以及节点位移是主要控制因素。　　(2)无应力索长计算方法研究劲性支撑穹顶结构施工成形过程中，无应力索长的计算精度直接影响结构的几何造型，也是施工模拟中首要解决的问题之一。本文采用悬链线单元模拟索，推导出了考虑有应力索长和索张力水平分量的荷载沿索长度方向均匀分布的无应力索长计算公式。给出了该公式的适用条件。针对无应力索长计算公式的超越方程，本文提出了一种给定任一初始预应力的二分法求解区间的确定方法，给出了求解无应力索长度的求解策略及程序。　　(3)劲性支撑穹顶结构的找形方法研究劲性支撑穹顶结构的找形分析是力平衡分析的逆问题，即确定几何稳定结构和求出不断满足平衡条件的几何形状的分析过程。本文提出了一种FEDR算法，该方法首先对动力松弛法进行改进，克服其容易错过局部极小值的现象，而后结合悬链线单元和有限元方法形成新的找形分析方法。给出了FEDR法找形分析策略，通过FORTRAN语言和ANSYS的APDL语言编制了FEDR法的找形分析程序。　　(4)劲性支撑穹顶结构施工方法研究基于已有索穹顶结构实际工程的施工方法优缺点总结和劲性支撑穹顶结构的特点，本文提出了中心场地拼装逐步张拉提升的施工方法和地面拼装高空提升一次张拉成形的施工方法，将两种施工方法进行对比分析，采用中心场地拼装逐步张拉提升的施工方法。该方法操作简单、便于施工、避免了高空作业及索的反复放松和张拉。提出以高强钢拉杆和脊索的张拉力为主、监测工装索长为辅的控制方法。采用悬链线单元模拟索、杆单元模拟杆，对劲性支撑穹顶结构的施工张拉安装张拉方法进行施工成形分析，应用FORTRAN语言和ANSYS的APDL语言编制施工成形分析程序。　　(5)劲性支撑穹顶结构施工敏感性分析分析了劲性支撑穹顶结构施工过程中可能产生的误差及原因，并将误差进行分类。采用正交试验设计方法对劲性支撑穹顶结构的设计误差（弹性模量）、施工误差（支座定位误差和杆件长度偏差）进行敏感性分析。考察外圈脊索内力和内拉环撑杆上节点竖向位移的影响因素，并分析各因素的影响显著程度。得到的结论可为劲性支撑穹顶结构工程实践中的索力调节提供理论依据。　　(6)劲性支撑穹顶结构模型试验研究设计了一直径为6m的劲性支撑穹顶结构试验模型，采用中心场地拼装逐步张拉提升的施工方法。研究了结构在带临时支撑和不带临时支撑两种情况下的施工方法，将每一步的试验结果与理论分析结果进行对比，验证了施工成形分析方法的高效性和可行性。研究了结构在8个方向、4个方向和2个方向同时对称张拉的张拉方案。给出结构在施工成形过程中遇到的关键问题及解决方案。对节点的可行性进行了分析。对结构在满跨和半跨均布荷载作用下的静力性能进行试验研究，将试验结果和理论分析结果进行对比。研究表明该施工方法是简单可行的，施工和静力性能分析方法可以指导工程实践。