网壳结构具有造型美观、受力合理、刚度大、重量轻等优点而广泛应用于体育和文艺场馆、高铁站和候机大厅等大型公共建筑中。基于网壳结构曲面类型和建筑风格的不同,本文以具有中国圆攒尖建筑风格的圆锥面网壳为研究对象,应用APDL(Ansys Parametric Design Language)语言建立了六种基本型单层圆锥面网壳分析模型,探究了其静力及抗震性能,并对其进行了形状优化设计。主要工作包括:(1)据圆锥面网壳几何特点,参照球面网壳类型及其建模方法,应用APDL语言编制了肋环型、施威德勒型、联方型、凯威特型、三向网格型和短程线型六种圆锥面网壳设计宏程序;只须输入圆锥面网壳宏观几何参数(S、f、Kn、Nx),便可实现该类网壳自动化建模,为该类结构建模、静动力分析和形状优化设计提供了极大方便。(2)据建模过程形成的网壳各种杆件长度计算数据和《钢结构设计规范》GB50017-2003杆件长细比要求,结合网壳杆件划分方法,给出了不同杆件截面积下合理网格数(Kn、Nx)取值范围,为网壳形状优化参数选择和工程应用提供了有益参考。(3)在均布荷载2.35KN/m~2作用下(考虑结构自重),对六种单层圆锥面网壳进行了静力性能比对分析(肋环型、三向网格型结构受力性能较好);探究了网壳随结构跨度S、矢高f、环向区域份数Kn、径向节点圈数Nx和支座形式等五种参数变化对结构力学性能的影响规律,为后续结构设计和应用提供了参考。(4)采用序列两级优化算法对肋环型、凯威特型圆锥面网壳进行形状优化设计,在结构杆件、节点及整体结构满足强度、刚度和稳定性约束条件下,使结构总耗钢量最低。通过不同几何参数组合的168个算例分析,得到不同跨度和矢高下,Kn、Nx的最优组合,从而减少了工程造价,为实际工程应用提供了依据。(5)以凯威特型和三向网格型为例进行了地震响应分析,得到结构的自振频率及对应的振型图,并分析了结构自振频率的变化规律;在EL-CENTRO三向地震作用下,采用时程分析法分析了网壳结构的地震特性。探究了跨度、矢高、网格数变化对结构自振频率和最大位移的影响;绘制出位移时程曲线,得到圆锥面网壳地震响应的一般规律,为该类结构抗震设计提供了一定参考。