体育馆屋顶采用正放四角锥网架结构，四周幕墙为三角形截面垳架结构。屋顶网架及幕墙结构平面投影为矩形，东西方向长约159.2m，南北方向宽约133m。屋顶上弦中心线标高为22.0m，幕墙结构最高点标高为23.9m。

网架厚度在比赛馆区域为3.5米，在健身馆区域为3米。网架在比赛馆区域最大跨度为东西向63米，在西侧最大悬挑为20.5米。幕墙垳架结构厚度约为2米，与地平面成69度角放置。整个屋顶网架及幕墙垳架结构杆件采用空心圆管，其中网架节点为焊接球节点，幕墙垳架节点为相贯节点。

屋顶网架结构通过固定和单向滑动球铰支座支撑在混凝土筒和柱子上，幕墙垳架上端通过水平连杆与网架上弦杆连接，下端为固定铰支座。

出于对“简洁”和“公共性”的追求，亳州体育馆摒弃了传统体育馆室外大台阶和二层平台的手法，而在主体功能体量和户外环境之间设计了一圈半室内半室外的公共空间作为人流集散和缓冲的空间，其中东、北、南侧的公共空间是位于首层的公共大厅，西侧为地下庭院，垂直交通纳入公共大厅之内，通过宽大的直跑楼梯将人流引入二层的公共休息厅。