网壳结构是由沿壳体曲面按一定规律布置尺寸较小且大致相同的网格组成的空间杆系结构,具有节省材料、受力均匀合理、刚度大、制作安装方便等优点,是当前大、中跨建筑结构中应用广泛的一类空间结构。网壳结构用钢量较大,对其进行优化设计具有明显的经济效益。本文在单层基本型柱面网壳基础上,提出了拓展型柱面网壳结构,实现了拓展型柱面网壳的参数化建模及受力分析,在此基础上对拓展型柱面网壳进行了形状优化设计。首先在基本型柱面网壳基础上,变换其矩形网格中斜杆分布规律提出了五种柱面网壳结构的拓展型,阐述了五种拓展型结构的结构特点；应用ANSYS软件自带的APDL参数化编程语言,编制了相应的宏程序,实现了五种拓展型柱面网壳的参数化建模；大量建模实例表明,该参数化建模方法和程序简单、高效、实用,为后续应用ANSYS软件进行不同类型和参数下多种网壳结构的受力分析和优化设计提供了极大方便。在参数化建模的基础上,推导了柱面网壳网格形状为等边三角形时的条件公式。然后应用APDL语言编制了结构加载和施加约束的宏程序,在ANSYS软件平台上实现了对柱面网壳基本型和拓展型的受力分析,提取了杆件加载后的位移图和应力图。根据受力分析的结果,在矢跨比一定时,总结了加载后杆件最大位移和最大应力随跨度变化规律。然后在相同模型参数、位移约束及加载条件下对基本型与拓展型加载后的受力分析结果进行了对比分析,得到了柱面网壳在同一跨度、长度、矢高及网格数时不同斜杆分布对网壳受力特性的影响关系。最后研究了离散变量两级优化算法,即在第一级截面优化采用相对差商法,第二级形状优化采用复形法。在此优化算法的基础上应用FORTRAN语言编制了柱面网壳形状优化程序,与ANSYS相互循环调用对单层柱面网壳的基本型与拓展型进行了形状优化；主要优化了杆件的结构重量、网格数和矢跨比。通过选取跨度从30m到80m、矢跨比从1/7到1/3共240个算例进行分析比较,得到了柱面网壳在同一跨度、长度、矢高及网格数时的不同斜杆分布对网壳结构总耗钢量的影响关系。