随着高层建筑的迅速发展，建筑使用功能的多样化，带转换结构的高层建筑得到广泛应用。相对于传统的梁式转换结构，预应力混凝土空腹桁架转换结构在工程建设中有着较大的优势。空腹转换桁架能较好地解决转换梁就截面尺寸过大、结构刚度突变严重等问题，而且空腹桁架转换结构有利于大型管道设备系统布置。然而，目前对预应力空腹桁架转换结构的理论研究仍显不足，现行的国家设计规范及规程对空腹桁架转换结构也没有提出明确的设计要求，实际工程运用经验也有待进一步去积累。因此，对该种结构进行研究显得十分必要。本文首先对空腹桁架转换结构在竖向荷载作用下的受力影响因素进行分析，在此基础上，参考我国现行的相关设计规范完成了预应力混凝土空腹桁架转换结构工程原型到试验模型的设计，并对试验模型进行水平低周反复荷载作用下的拟静力试验，以研究其在罕遇地震作用下的延性、耗能能力、刚度退化及侧向变形等特点。同时，采用结构有限元分析软件SAP2000对预应力混凝土空腹桁架转换结构与梁式转换结构进行静力弹塑性对比分析，且探讨了预应力混凝土空腹桁架转换结构的抗连续倒塌性能。试验及分析结果表明：①预应力混凝土空腹桁架转换结构应按“强化转换层及其下部、相对弱化转换层上部”的原则进行设计。框支柱与桁架下弦为转换结构的重要构件，设计上应当加强；除竖腹杆外，转换层上、下层均满足“强柱弱梁，强剪弱弯”的抗震设计要求，竖腹杆可仅考虑“强剪弱弯”，不考虑“强柱弱梁”。根据以上设计原则设计的预应力混凝土空腹桁架转换结构的最终破坏并非由于转换层的抗震能力不足引起的，而是由于上部楼层形成层间侧移机制使得结构最终失效。②预应力混凝土空腹桁架转换结构试验模型的顶点位移延性系数达到5.6，表明其具有较好的延性；但在水平加载后期其弹塑性变形主要集中于第三层，该层成为结构的薄弱层，因此应加强对转换层上部楼层的延性设计。③在结构进入弹塑性变形阶段后，试验模型的等效粘滞阻尼系数增长较快，结构破坏时该系数达到0.21，表明结构耗能能力较强，结构破坏时主要是由转换层上部结构的梁端出铰参与耗能，耗能方式较为理想。④设计时，应考虑将竖腹杆作为第一道防线，当被移除后，结构不致于发生连续倒塌；框支柱作为预应力混凝土空腹桁架转换结构的重要传力构件，必须采取有效措施对其进行加强处理，防止其发生破坏而引起整个结构坍塌。