建筑膜材作为一种轻质、透光、自洁的建筑材料,不仅在常规的围护结构中得到应用,也成为开合结构常用的建筑材料,其独特的力学性能也催生出了新兴的结构类型——膜结构。目前的膜结构中膜材与刚性构件之间缺乏良好的协同作用,通过膜材的展开与收纳实现结构的开合是最为轻便的一种开合方式,但也存在膜材出现褶皱而易损的问题。针对以上问题,本文提出一种新型气囊式膜结构,在增强膜材与刚性构件的协同作用的同时,其作为开合结构在收纳膜材的过程中能够避免出现膜材的褶皱,该结构所需的技术为均已应用于实际工程中的成熟技术,具备工程可行性。本文针对整体张拉式膜结构设计开展了理论和应用研究,主要工作内容如下:（1）提出了整体张拉式膜结构的设计方案,该方案以桁架和桁架之间的支撑构成骨架,并在桁架的上、下弦之间增设腹索,将膜材固定于骨架外,通过向膜材构成的气囊内部充气以建立膜材与骨架的预应力,由膜材构成的气囊作为围护构件。由于膜材在内、外压差作用下具有稳定的几何形态和一定的几何刚度,故无需传统屋盖体系中的檩条体系,同时膜材还为上、下弦构件提供弹性支承,增强了膜材与刚性构件的协同作用,因此具有优良的结构性能。（2）针对整体张拉式膜结构的设计方案进行了理论研究,通过采用简化计算与有限元分析方法,得到了整体张拉式膜结构的荷载效应结果。计算结果表明,整体张拉式膜结构中的桁架上、下弦杆在膜材拉力作用下会产生一定的弯矩,而腹索可有效地减小该弯矩,并使上、下弦杆以承受轴力为主,整体张拉式膜结构中的桁架静力特性接近于传统桁架。考虑膜材预应力作用下,整体张拉式膜结构的模态分析结果表明,桁架间仍需要一定数量的支撑以保证骨架中的单榀桁架的面外刚度。（3）针对整体张拉式膜结构的膜材绝大部分区域形状为弧形的几何特点,提出了一种适用于弧形膜材的简化建模方法,该法采用两片与弧形膜材相切的膜单元模拟弧形膜材对结构骨架的作用力,通过本文有限元分析及与文献计算结果的对比可知,在保证相同精度的前提下该简化方法计算效率更高。（4）提出了适用于整体张拉式膜结构特性的独特开合方式并开展了环境适应性研究,在外力牵引整体张拉膜结构的运动端向固定端移动的过程中,通过膜材曲率半径和各榀桁架间距的变化实现结构的开合,开合过程中既有刚性结构的平动又存在膜材的适度卷曲,与传统开合方式相比,结构完全开启后刚性结构所占的空间更小,膜材基本不存在褶皱现象;在此基础上,提出了利用整体张拉式膜结构的开合特性使气囊体积产生变化以构成温度自适应系统,通过算例对温度自适应系统的参数选择问题进行了分析,从而实现了本文关于整体张拉式膜结构设计及其应用研究的目标。本文相关成果可供整体张拉式膜结构设计或者类似工程参考。