传统的索结构理论研究大都基于小垂跨比假定,因此应用范围受到一定的限制,且结果表达过于复杂,不便于概念设计及工程应用。近年来,由于索结构的建筑形态日渐新颖、复杂,不仅要求结构工程师前期需要从宏观上把握结构性能,还要求建筑师了解结构形态与内力之间的关系,因此构建二者之间沟通的桥梁就显得十分关键。本文从构成索结构最基本的单索入手,以结构受力机理和形态与内力之间的关系为目标,对单索、预应力单索、索桁架等悬索结构进行研究。具体而言,本文的主要研究内容如下:基于小应变假定,通过引入结构形态参数,推导出适用于大垂跨比的单索结构解析表达式。通过引入名义拉力、刚性拉力,建立起单索内力及位移的简洁求解方法。求解出常见荷载形式下的名义拉力、结构形态参数,并对结构形态参数进行讨论,分析其影响,给出简化公式及其适用范围。根据分析结果,求解出常见荷载形式及其组合下的索力及位移表达式,并加以简化,给出表达简单、概念明确、便于概念设计的简化公式。推导出荷载从一种状态过渡到另外一种状态时的索力及位移表达式,求解出常见荷载形式下的结构位移公式,并加以简化。提出了概念明确、表达简洁的预应力单索的解析表达方法,给出了以拉索初始预应力及名义拉力为变量的求解公式。推导出常见荷载作用下的索力、位移求解公式,并推导了预应力单索结构在两种非对称荷载作用下的最大位移点的范围,和当最大位移点处于极限位置处时的位移值与跨中位移的比值,便于工程应用。研究了索桁架的受力特性,提出了根据上部荷载形式及初始条件假定位移函数的求解方法;求解出常用几何条件及常见荷载作用下的索桁架变形与初始预应力、几何条件、荷载等之间的关系,便于索桁架的概念设计。改进并完善了图解静力学理论在悬索结构中的应用。基于Rhinoceros软件和Grasshopper插件,编写了悬索结构的图解静力学Gh程序;运用Gh程序分析了单索、索桁架在上部荷载作用下的“力”与“形”之间的关系。将本文推导得到的位移公式引入到该程序中,编写出能考虑结构变形的单索结构、预应力单索的图解静力学程序;结合结构变形,进一步分析了“力”与“形”之间的关系,并将由可以考虑结构变形的程序求得的索力与有限元进行对比分析。最后,采用Gh程序,对索桁架进行了基于图解静力学的结构优化。