气撑式张弦梁结构是近年来提出的一种新型结构体系,由刚性上弦、低压充气气囊以及柔性下弦索组成,为提高该结构的跨越能力,使用三角桁架替换原结构中的实腹上弦,衍生得到本文主要研究对象——气撑式张弦桁架结构。对于这种含有充气气囊和索的大跨度刚柔混合结构,设计模型较复杂,需要提出相应的静力设计方法以及简化设计模型。此外,对于气撑式张弦桁架结构,地震动以及风荷载作用方面的研究目前尚处于空白。本文首先明确了气撑式张弦结构的受力特性,并对结构的静力性能进行参数化分析,在此基础上,提出了结构的设计原则和简化设计模型,并针对地震动作用下结构的动静比和风荷载作用下结构的风振系数进行了系统地研究。本文主要工作和结论包括以下几个方面:(1)探讨了影响气撑式张弦桁架结构静力性能的三个主要因素:气囊内压、矢高和下弦补张拉值;结合国内相关规范,提出了该结构的静力设计原则和方法;最后推导了充气气囊的竖向刚度公式,在此基础上,给出了静力简化设计模型,该模型在设计使用范围内,与原模型刚度相差15%,可以预测结构的力学行为。(2)分析了气撑式张弦桁架结构动力特性随跨度、气囊内压、矢高和下弦补张拉参数的变化规律,在此基础上,分别采用振型分解反应谱法和时程分析法对结构的地震响应进行统计对比分析,验证了振型分解反应谱法对本结构体系的适用性,同时发现水平地震动引起的结构响应较小,可忽略。在此基础上,采用振型分解反应谱法开展了结构在竖向地震动作用下的参数分析,得到了结构上弦桁架、膜和下弦索的动静比随跨度、气囊内压、矢高、下弦补张拉和阻尼比变化的规律,建议60m跨度结构上弦桁架和气囊动静比取0.25,忽略索动力效应。进一步利用时程分析法对结构的强震失效模式及失效机理开展研究,结果表明,在三向地震动作用下结构的失效模式为动力失稳破坏。(3)基于平屋盖风洞试验数据,以结构最大响应对应的风振系数为表征,分别讨论了封闭结构在来流风向、气囊内压以及下弦补张拉值变化时,结构各部分构件的风振系数变化规律。经过统计分析,提出60m跨度结构上弦桁架内力风振系数取2.0、位移风振系数取3.0的设计建议。针对开敞结构,进行了4m跨度气撑式张弦梁单双向流固耦合分析,结果表明,结构顺风向位移为跨度的1/27,横风向位移为1/98,超过规范限值。建议采用刚性构件替代柔性索,以减小结构的顺风向和横风向振动。