网壳结构具有结构自重轻、受力合理、造型优美、施工周期短及便于工业化生产等优点，在工程领域中有着广泛应用。近年来随着钢结构的迅速发展，网壳结构应用范围日益扩大，而更大的覆盖跨度，越来越薄的网壳厚度，更轻的结构重量则是人们一直追求的目标，故对网壳结构进行优化设计具有重要的意义。本文以Schwedler型球面网壳结构为研究对象，对其进行结构优化分析。单层球面网壳杆件的有限元模型为空间梁单元，结构的承载力不仅取决于杆件的强度，而且与网壳结构的局部稳定性和整体稳定性相关，此外，在设计过程中必须要考虑强度、刚度、稳定性及几何约束等条件。首先，综述了网壳结构及其优化设计的发展概况及国内外研究现状。文中介绍了网壳结构设计及优化设计的相关理论，并着重介绍了杆件的梁单元有限元模型及优化方法，在此基础上引出本文的研究主旨。在此基础上，文中基于商业有限元分析软件ANSYS，建立Schwedler型球面网壳的三维有限元模型。文中对其进行了静力分析，模态分析和稳定性分析，为了和优化结果进行对比分析，并提取了结构变形和应力强度。利用集成优化软件ISIGHT，对Schwedler型球面网壳进行结构优化，并对优化结果进行分析比较，效果显著。鉴于单层网壳结构是一种缺陷性敏感结构，因此对优化结果做了全过程稳定性分析。最后，在研究网壳结构自振特性分析理论的基础上，探讨了结构自振频率随矢跨比、支座的数量和质量荷载等因素的影响，从而得出一些有益于结构设计的理论。通过分析网壳结构在地震波作用下的位移及应力分布，再次验证优化结果的可靠性。