随着经济的快速发展,具有丰富建筑表现力和强烈视觉冲击性的新型建筑,正在刷新城市的建筑名片。单层网壳结构,因其自重小、受力良好、施工工业化水平高等特点,一直是新型建筑的优选形式。结构形态,是建筑与结构相互作用的交叉学科,能够综合考虑美学与力学。从以往的设计经验来看,结构工程师在初步设计方案的参与度不足,这就制约了设计中的力学合理性,而初步方案的微小偏差就可能导致最终结果与合理结构形式相差甚远。所以,进行结构形态领域的深入研究,能够为设计人员提供初步设计的思路和工具,并且也是建筑参数化设计的有效途径,这将极大的提高结构工程师在方案初步设计阶段的参与度。本文主要研究新型建筑的形态设计,旨在建立一种寻找空间网壳结构最优形态的优化方法。机构系统在外荷载作用下会自动转变为以轴力为主的受力新体系,基于这一基本原理,提出一种针对单层网壳结构的形态创构方法——当结构与机构的形状相同,并且承受与机构相同或相反的荷载工况,那么整个结构中也将只存在轴向应力。也就是说,在确定的荷载工况下,搜索机构系统势能最低的稳定状态,则与其形状相同的结构即为优化后的合理结构,实现了内力以轴向应力为主、系统势能降低的双重优化目标。在优化过程中,结构形状的改变符合力学逻辑,结构的最大弯矩、平均弯矩、应变能显著降低,极限承载力明显提高,同时最终结构对初始缺陷的敏感度较低。该方法的创新之处在于:(1)继承和发展了柔性结构的找形方法。索膜等柔性结构经找形分析后,以薄膜应力为主,这符合网壳结构控制弯矩的设计思路。所以基于机构系统的特性,对网壳结构进行形态优化设计是完全可行的。(2)丰富了结构形态的选择空间。该方法可通过改变初始模型、荷载工况、约束情况等参数,得到多样化的结构形状,这将有利于建筑的造型设计。(3)实现了逆吊实验的数值模拟。逆吊实验曾经是进行形态研究的重要手段,具有形象直观的特点。数值模拟整个实验过程,能够避免实验中的精度问题和时间成本,极大的提高结构形态设计的效率。因此,本文建立的形态创构方法是一种适用、高效的网壳结构形态设计方法,能够为实际工程的建筑方案设计提供技术支持。