地震对电力厂房的破坏不仅会带来巨大的直接经济损失，而且极易引发诸多次生灾害，还会给震后救援工作造成极大的障碍。由于受到工艺的限制，电力厂房的布置往往比较复杂，导致结构存在刚度和质量分布不均匀、薄弱环节较多、安全储备偏低等诸多不足。为使结构具有良好的抗震性能，研究火力发电厂主厂房框排架结构的抗震性能与其优化设计具有重要的现实意义。为研究大型火电厂主厂房的抗震性能，本文对缩尺比例为1/10的单榀横向钢框排架结构模型进行了拟动力和拟静力试验，主要研究了横向钢框排架结构的地震反应、滞回耗能能力、变形能力、刚度退化和结构延性等力学性能；研究了框架结构和排架结构的剪力分配规律，以及水平桁架对结构性能的影响。试验结果表明：原型结构满足“三水准”设防要求，具有抵抗9度罕遇地震的抗震能力，但是设计偏于保守，材料的性能未能充分发挥，具有一定的优化空间。针对原型结构设计偏于保守的情况，本文利用ANSYS有限元软件，以构件截面尺寸为设计变量，对单榀横向框排架原型结构分别进行了以体积最小为目标函数的无支撑框排架单目标优化和以应变能最小与体积最小为目标函数的支撑体系多目标优化，并且对优化后的结构进行了多遇地震和罕遇地震作用下的变形验算并与试验结果进行了对比。结果表明：此次优化设计在节约材料19.03%，取得明显经济效益的同时，保证了整体结构的抗侧刚度，使结构仍然具有较强的抗震能力；证明本文采用的优化思路和方法是可行的。