网壳结构是由杆件沿着某个曲面有规律地布置并通过结点连接起来而组成的空间结构体系,它兼有杆系结构和薄壳结构的固有特性,覆盖跨度大、受力合理、造型优美且富有艺术表现力,是当前大、中跨建筑中应用广泛的一类空间结构形式。结构优化设计就是在给定的条件下从众多可行的方案中寻求优化的最好方案。它是根据各种实际工程结构问题建立相应数学模型,利用最优化技术,寻找在满足各种约束条件下的最优解。与传统设计相比,由于其具有设计合理、节省材料等优点而受到国内外工程界的广泛重视。本文对双层柱面网壳进行了形状优化,并对优化后的正放四角锥柱面网壳进行稳定性分析。首先运用大型有限元分析软ALGOR对双层柱面网壳进行静力分析,得到了柱面网壳结在不同矢跨比和厚跨比下的受力特性和位移特性,为接下来的双层柱面网壳结构形状优化初始宏观曲面参数和杆件截面的选取提供依据。然后针对双层柱面网壳结构的特点,提出了双层柱面网壳结构形状优化的两级算法。第一级优化中固定结构的几何外形,采用离散变量的一维搜索法和相对差商法进行截面优化；在第二级优化中,针对双层柱面网壳节点众多的特点,将设计变量由节点坐标转化为结构宏观曲面形状参数,以结构的矢高和厚度作为设计变量,采用连续变量的优化方法一复形法进行形状优化,并通过算例验证了算法的有效性和可靠性。接下来利用上述算法对工程中常用的五种双层柱面网壳进行形状优化设计,得到了不同跨度、不同网格划分的双层柱面网壳的最优矢跨比和厚跨比,以及优化后的双层柱面网壳结构单位用钢量,这对双层柱面网壳的设计和选型具有一定的参考价值。网壳结构稳定性是结构设计中的关键问题,单层网壳和厚度较小的双层网壳都有失稳的可能,尤其当跨度较大时,稳定问题会较为突出。最后本文利用ALGOR软件对优化前后的正放四角锥柱面网壳进行线性和非线性屈曲分析,确定网壳结构优化后的屈曲荷载及屈曲模态,验证形状优化后的双层柱面网壳结构的安全性和可靠性。