Het meest kenmerkende element van het nieuwe museum is de enorme stalen dakconstructie van 110×250 m; samen met de 33 m hoge uitkijktoren bepaalt het de karakteristieke vorm van het Nationaal Militair Museum. Het constructieve principe van het dak is een balkroostersysteem met stalen vakwerken van 4 m hoog in de twee orthogonale hoofdrichtingen. Het dak maakt vrije overspanningen van 40 tot 85 m en uitkragingen aan de gevel tot 15 m. De overspanningsrichting van de geprofileerde stalen dakplaten is evenwijdig aan deze spanten. Om de gewenste strakheid langs de buitenrand van het dak te realiseren verloopt de vakwerkhoogte van de 3,875 m hoge vakwerken in de eindvelden naar 4 m. De schijfwerking van het dak wordt verzorgd door horizontale windverbanden in het bovenvlak van de vakwerken. De totale hoeveelheid staal in de dakconstructie bedraagt 2.900 ton met een totale profiellengte van meer dan 40 km.
Het dak wordt ondersteund door doorgaande kokerkolommen, samengesteld uit stalen platen van 10, 20 en 30 mm dikte. De samengestelde gevelkolommen meten uitwendig 300×500 mm en bij de vrijstaande kolommen en op de hoeken 500×500 mm. Alle zichtkolommen zijn voorzien van een verjongd voet- en kopdetail.
De gehele staalconstructie is in de langsrichting opgedeeld in twee modulen. De hoofddilatatie is omwille van de ‘ritme’ van de gevel uitgevoerd zonder kolomverdubbeling. Elk deel wordt in de twee hoofdrichtingen gestabiliseerd door verticale windverbanden bestaande uit kolommen, liggers en diagonalen.
