大剧院主体建筑钢结构椭球体壳体（以下简称“壳体”）为一超大空间的壳体，东西长约212m，南北约144m，高约46m。整个钢壳体由顶环梁、梁架构成骨架；梁架之间由连杆、斜撑连接。
顶环梁通长采用φ1117.6-25.4THK 钢管，中间矩形框采用矩形箱型梁。整个顶环梁长约60m，宽约38m。顶环梁半圆区内搁栅呈放射状分布；矩形框内南北向搁栅采用60mm 钢板梁，东西向采用φ194钢管，搁栅呈网格状分布。整个顶环梁总重约700t。
梁架分为A 类（短轴梁架）、B（长轴梁架）；A 类梁架采用60mm厚钢板制作，B 类梁架采用上下翼缘不等的焊接H 型钢。A 类梁架共46 榀，B 类梁架共102 榀。