网壳结构拥有杆系及壳体结构的特性,受力均匀、刚度较大,有自重轻、钢材用量少、施工简单快速等优点。网壳结构造型新颖,具有艺术表现力。大矢高叉筒网壳与常规网壳相比更具活力和造型特点,其优美的造型可表现出意大利文艺复兴建筑风格。根据杆件连接方式的差别,单层脊线式叉筒网壳可分为：三向网格型、弗布尔型、联方型、单斜杆型、双斜杆型。本文主要工作有：1、据脊线式叉筒网壳空间几何特点及其脊线的几何方程,参照折板网壳建模方法及五种典型柱面网壳的网格划分方式,采用APDL (ANSYS Parametric Design Language)参数化设计语言研制了三向网格、联方、弗布尔、单斜杆、双斜杆五种单层脊线式叉筒网壳参数化设计方法和宏程序；选取特定圆弧作为脊线式叉筒网壳对称扇面的中轴线,克服了传统脊线式叉筒网壳矢高较小的问题；对该类结构施加静力载荷,通过分析比较不同矢高、跨度、环向区域份数、径向节点圈数及边界约束方式的位移云图和应力云图,归纳出上述因素对五种脊线式叉筒网壳结构静力性能的影响规律及敏感度,为单层脊线式叉筒网壳结构设计提供依据。2、据脊线式叉筒网壳空间几何特点和空间柱面解析几何方程,推导五种类型单层脊线式叉筒网壳的杆件微观几何参数(杆件长度、杆件之间夹角等)与结构宏观几何参数(跨度S、矢高f,环向对称区域份数Kn、径向节点圈数nx)之间的关系式；并通过联立方程式得到结构矢高f与跨度S及环向对称区域份数Kn、径向节点圈数nx的函数关系式,由该式可得出结构的最佳矢高,从而减少材料浪费,降低工程造价。3、以结构总重量为目标函数,采用分层(级)形状优化设计方法利用FORTRAN语言和ANSYS软件对三向网格型、单斜杆型、弗布尔型和双斜杆型网壳进行形状优化设计。通过分析环向区域分数Kn、径向节点圈数nx和网格的划分形式的变化对结构最优耗钢量的影响规律,得出该种网壳主要设计参数的最佳组合规律,为实际工程中该类网壳结构设计提供参考依据。4、在所研究的五种脊线式叉筒网壳结构中,选取静力性能及经济效益较优的三向网格型和弗布尔型叉筒网壳进行自振分析和地震响应分析。给出三向网格型和弗布尔型两种结构的振型和频率；对结构施加EL-CENTRO三维地震波,采用时程分析法分析结构在地震作用下的振动特性,导出节点位移时程曲线及震后位移云图；通过计算并分析跨度、矢高、环向份数、径向圈数等参数变化对结构震后位移的影响,得出两种类型脊线式叉筒网壳的地震响应规律,分析何种参数对该网壳结构的抗震性能影响较为敏感,为实际工程中该类网壳抗震设计提供了理论参考。