索膜结构是一种新型的空间结构形式，它通过施加预应力，使结构具有一定的刚度以承受各种荷载作用。在荷载作用下，如何使索膜结构在满足功能要求及美观要求的前提下具有最优初始形态，是索膜结构形态分析的重点。而考虑膜结构与支承结构的相互作用，建立结构整体计算模型进行分析，是索膜结构设计的难点与关键之一。本文在总结国内外研究现状的基础上，针对索膜结构的形态优化分析与整体协同分析进行了系统的研究。 本文首先推导了索膜结构几何非线性分析的有限元基本方程，并且给出了判断索单元松弛和膜单元褶皱的准则、非线性有限元方程组的解法及其收敛判定。 在合理设定优化变量的基础上，以有限元软件ANSYS为平台，编制了索膜结构的形态优化程序，分别对上部膜结构、索膜结构—下部支承体系的整体计算模型进行优化分析。通过设定不同的设计变量及目标函数，不仅可以达到设计人员所追求的不同目的，而且还可以得出最优形态下的设计变量值，克服了根据经验来确定膜结构初始预应力等参数的缺点，对工程设计具有一定的指导作用。 分别采用整体式与分离式计算模型对索膜结构进行了分析，说明两种计算模型的区别及其对各构件的影响。通过比较各优化变量的迭代曲线及优化前后上部膜结构和下部支承结构的受力及位移，给出了一些工程建议。整体式计算模型准确地模拟了实际结构，较好地反映了结构的实际受力状态，从而验证了在索膜结构找形分析及荷载分析中尽量建立整体式计算模型的必要性。 本文的研究成果对索膜结构的设计具有一定的指导意义，并为后续的裁剪分析奠定基础。