大跨复杂空间钢管桁架结构由于其造型优美，具有较好的经济性，工厂化程度高等特点，近年来再国内发展很快。结构新颖的大空间甚至是超大空间建筑，比如大型体育场、体育馆和会展中心等也经常进入人们的视野。但这种结构所处环境状况多变，受力复杂，发生损伤和破坏的潜在危险性较大，尤其是在施工阶段，情况更为复杂。因此，对大跨空间钢结构在建造期间进行实时在线健康监测、诊断和预警研究，具有非常重要的现实意义和学术价值。在目前国内外对上述问题的研究和应用还没有形成完整体系之时，做此研究便显得更加有益。本文以西宁体育馆钢屋盖为具体研究对象进行了研究，主要内容如下：（1）研究了工程结构健康监测系统构成的总体框架和各构成部分的功能。对在工程实践中常用的传感元件，如电阻应变计、光纤光栅传感器、钢弦传感器的构成、用途和优点进行了简要介绍，并对其工作原理作了较为深入的研究。对在工程实践中常用的测量仪器，如静力水准仪和全站仪的工作原理作了初步研究。（2）对西宁体育馆监测系统进行了研究，确定了监测方案、测点布置方案及传感器的选用。对西宁体育馆钢屋盖在整个施工过程应力、变形、温度进行了实时在线监测，并对监测结果进行了分析。分析结果表明：监测取得了较好的效果，准确性较高，稳定性良好，测得的结果与实际规律基本相符。数据显示西宁体育馆钢结构处于正常工作状态，结构的应力分布合理，结构变形量在容许范围之内，表明体育馆钢屋盖施工工艺符合要求，质量好，刚度储备大，结构安全。（3）利用ANSYS有限元软件对西宁体育馆钢结构进行了施工模拟计算，将模拟计算结果和实际监测结果做了比较分析，对比分析表明：两者吻合较好，所有测点的应力在总体趋势上都在增大。本工程监测系统的监测关键点和关键部位的选取是合理的，有效的。可以为以后同类工程的测点布置提供参考和借鉴。（4）利用有限元分析软件ANSYS，对西宁体育馆钢屋盖整体结构进行了自振特性分析，提取了钢结构前20阶频率和振型，并对频率和振型进行了分析，分析结果表明：体育馆钢屋盖抗扭性能较好，整个结构的质量和刚度分布较为均匀，体育馆钢屋盖的频谱非常密集，自振特性相对复杂，在地震作用或风荷载作用下需考虑相对较多的振型参与组合计算，才能较为准确地反映结构的动力响应。最后，对本文所做的研究工作进行了总结，得出了一些有参考价值的结论，并指出了有待进一步探讨解决的问题。