近几年来，我国大跨空间结构的研究和应用得到飞速的发展，新结构、新材料和新技术被大量采用，越来越多新的空间结构形式被提出并采用。南京奥体中心主体育场屋盖结构就是突出的新颖结构之一。本文作者近两年承担了该屋盖结构的大量设计计算和研究工作。本文在已有的国内外大跨度空间结构研究的基础上，以南京奥体中心主体育场屋盖结构为研究背景，提出和完善了这一类杂交空间结构的分析理论和方法；并在有限元分析的基础上进行了试验研究，同时，用试验验证了理论计算方法的正确性和可靠性。本文主要研究内容如下： (1)结构的静力分析和参数分析本文采用有限元分析手段，建立了奥体中心主体育场屋盖结构的三维计算模型，详尽分析了在恒载、使用活载、温度荷载和不利风荷载作用下结构的内力、位移和力流方向等静力特性。在风荷载的计算和分析中，直接利用风洞试验结果，本文所用方法为风洞试验数据直接用于有限元模型的计算进行了有效的探索。通过对屋盖结构主要参数的分析，为结构的合理优化提供了理论基础，同时为以后类似工程的设计提供了一些有用的建议。 (2)结构的抗震性能分析对于复杂的大跨度屋盖结构，不仅要进行地震反应谱分析，还必须进行时程分析。本文在屋盖结构的地震反应谱分析中，创新地解决了结构计算模型及其简化问题，探讨了下部混凝土结构对上部相对较柔的钢屋盖的地震反应产生的影响，将两自由度简单体系的修正方法应用于相类似下刚上柔的复杂的大跨度结构；而且该方法还可作为一个功能附加到ANSYS有限元软件上。通过南京奥体中心主体育场钢屋盖在不同模型下的地震反应谱分析和比较，证明了本文提出的这类修正方法在复杂工程上应用的可行性。 本文对屋盖结构在非一致地震作用下的时程分析中，分别采用了大质量法和相对运动法。大质量法是作者第一次将其引入并应用于大跨空间结构的分析。在一致地震输入的时程分析中，大质量法求得的结果与用得比较多的相对运动法作了比较：接着采用大质量法分析了地震波沿着X方向、Y方向传播的非一致输入时结构内力的变化；并进行了在非一致地震输入下屋盖结构的弹塑性时程分析，找出了罕遇地震作用下的结构的薄弱部位，为工程设计提供了科学依据和分析方法。 (3)薄壁箱梁的约束扭转分析在复杂大跨空间结构中考虑箱梁的约束扭转，迄今没有相关的文献资料。本文比较了按不同约束扭转理论求得箱梁约束扭转的位移和应力结果：根据符拉索夫广义坐标法的初参数方程创造性地推导出精度很高的单元刚度矩阵，将二次开发的单元直接用于有限元计算；用该有限元单元可以方便地探讨横隔板布置对薄壁杆件扭转结果的影响；文中还详细比较了不同横隔板布置下的结果和按乌曼斯基理论求得的结果，不但完善了乌曼斯基理论的使用，提出了相关的条件，而且进一步证明了作者推导的符拉索夫广义坐标法单元的正确性和合理性。(4)结构稳定性分析本文对屋盖结构进行了特征值屈曲分析，探讨了荷载组合、内环梁矢跨比、内环梁截面特性以及下部混凝土结构对上部钢屋盖弹性屈曲值的影响，同时为随后的非线性稳定分析提出了合理的设计初始缺陷。在屋盖结构的非线性稳定性分析中考虑了几何非线性、材料非线性和根据一致缺陷模态法得出的初始缺陷(内环梁初始缺陷和拱初始缺陷)，采用Newton-Raphson迭代法得到了荷载一位移全曲线，为屋盖结构的破坏状态分析提供计算依据参考，而且这一创新思路和方法还可以用来判断结构对缺陷的敏感性。本文还进一步分析了薄壁箱梁翘曲以及下部混凝土结构对上部钢屋盖极限承载的影响。 (5)试验研究试验以1/20整体屋盖模型为研究对象，研究该结构体系在平面内与出平面的稳定性，重点研究模型在竖向静载、温度荷载作用下的结构受力特性；进行了破坏荷载试验，得到结构在弹塑性和塑性阶段的反应。通过试验研究，不但对结构总体受力行为和状态进行了评估和判定，而且通过理论计算和试验结果的比较还验证了设计采用的计算模式的正确性及可靠性。本文分析了1/20试验模型在加载至设计荷载值和破坏荷载值过程中挠度和主要杆件应力的变化，将试验结果与试验模型的有限元计算结果进行比较。除此之外，还对实际结构卸掉支架后在自重作用下的挠度与实际结构有限元计算结果进行了比较，进一步验证了所采用的有限元分析的正确性及可靠性。 (6)对拱结构形式的探讨南京奥体中心主体育场中的拱倾斜45°后，其受力性能和竖向拱有很大差异，为了全面评判屋盖结构形式的优缺点，本文又将倾斜45°的拱单独取出进行内力分析，与不同跨度和不同倾斜角的拱进行了计算比较，为以后的大跨度工程新结构的分析提供了很好的参考。