本发明涉及一种利用张弦结构改造的立体桁架屋面及其改造方法，包括多个榀桁架，在相邻两个榀桁架之间拼接安装张弦加固结构，张弦加固结构包括张弦钢梁、撑杆以及预应力索；张弦钢梁提供的支撑力由与次梁连接的钢夹板传递到原屋面檩托，实现原屋面支撑；撑杆两端分别与张弦钢梁和预应力索连接，预应力索两端分别与张弦钢梁两个端部连接。本发明利用张弦梁结构改造、替换既有立体网架及桁架屋面，具有主动受力，分批卸载，分跨拖换的优势和特点。张弦梁结构替换钢管网架屋面受力，使原屋面结构底标高上抬，显著增加了室内尽空，适用于大跨结构加固改造，以及采用一般方法无法加固或加固效果不尽理想的立体桁架结构加固。