球面网壳结构造型美观,受力性能好,自重轻,在近几十年取得飞速发展。我国处于地震多发带,所以网壳结构的抗震性能值得研究,特别是对网壳结构全过程失效机理需要有深入了解。从构件层面上讲,构件耗能能力是结构抗震性能的体现。钢管作为网壳结构的常用构件,其截面面积与钢管的耗能能力有很大的关系,选择合理的截面可以增强结构的耗能能力。本文主要开展以下研究工作:(1)选择常用的K8网壳结构截面尺寸,建立网壳结构模型,考虑结构初始缺陷、屋面荷载,对网壳结构进行模态分析。考虑地震动的幅值、频谱特性和持续时间,选取合适的地震波,对网壳结构进行三向地震波输入,采用增量动力分析方法对结构进行分析,选取结构的最大竖向位移和塑性杆件比例等特征响应作为性能指标,可以得到网壳结构在不同地震动幅值下的响应和动力极限荷载,探究结构矢跨比、地震波种类和地震波调幅比对网壳结构抗震性能的影响,同时获得网壳结构在不同跨度条件下的最优矢跨比,得到网壳结构的失效模式为动力失稳模式。同时分析在地震作用下杆件的内力分布情况。最后用结构单位用钢量地震总输入能量衡量所选最优矢跨比的正确性。(2)根据在地震作用下构件的双向压弯受力特征,为了探讨构件耗能能力与构件几何参数的关系,设计四种可以反映圆钢管空间地震作用的加载制度,通过有限元模拟对144个构件进行三向加载,研究了圆钢管的几何参数和加载制度对构件滞回性能的影响,几何参数包括构件长度和构件厚度,加载制度包括4种位移加载模式和2种轴力加载模式,滞回性能的评价指标为极限强度、割线刚度、延性和耗能能力。最后总结了滞回性能随几何参数和加载制度的变化规律,分析了圆钢管的最不利受力状况,圆钢管在三向加载作用下滞回环饱满,具有良好的耗能能力。(3)为了合理利用钢管的耗能能力,总结构件能量耗散系数与截面尺寸的关系,以工程抗震设计理论中的两阶段设计方法为依据,对三种最优矢跨比结构进行动力优化,优化的约束条件为抗震性能目标,即多遇地震和罕遇地震的性能要求,并且以构件截面的能量耗散系数最大和用钢量最小作为目标函数,采用双目标优化方法,获得不同跨度下网壳结构的最优截面尺寸,为工程设计提供依据。