自由曲面空间网格结构形式多用于公共建筑,伞形单层空间网格结构是自由曲面空间网格结构的一种,又被称为“喇叭花型”结构。在伞形单层空间网格结构的实际应用中,曲面形式往往是给定的,需要以此来设计受力构件,网格形态一般只允许在给定曲面形式的基础上稍作修改。对伞形单层空间网格结构进行优化时,需要在结构形状变化不大的前提下提升结构性能。本文针对上述问题,从以下方面进行了探索:1)完成伞形单层空间网格结构的建模。基于Rhinoceros平台以NURBS（非均匀有理B样条）技术进行曲面建模,对不同形式的伞形曲面进行了修剪、拼接等处理,并通过控制点处理,实现不同曲率曲面拼接处的光滑化,保证后续曲面离散化工作的顺利进行。分别以菱形分割法与控制杆长法对曲面进行离散化处理（网格划分）,比较不同网格划分方法所得网格的性能差异,探究不同网格划分方法的适应性。2)分析不同优化目标组合下结构多目标形态优化的结果。对伞形单层空间网格结构多目标形态优化进行探究,取网格所有节点的节点高度为优化变量,以此在优化过程中调整网格形态。选择SH-MOEA（基于敏感度的混合优化算法）作为优化算法。选取不同优化目标组合对结构进行多目标形态优化,并分析不同优化目标组合下结构的优化效果。对多目标形态优化所得的优化结果进行非线性有限元分析,计算其极限承载力,给出多目标形态优化的设计建议,并以此指导实际工程的应用。3)对一项伞形网格结构实际工程进行多目标形态优化及分析。选取一项采用伞形单层空间网格结构形式的实际工程结构进行建模,分别对实际工程结构模型和采用本文中网格划分方法重建的结构模型进行多目标形态优化,并分析优化前后结构性能的差异,对该优化方法的应用进行评价。本文完成了对伞形单层空间网格结构的建模,并基于混合优化算法对伞形单层空间网格结构进行多目标形态优化,通过分析优化前后结构的静力性能、稳定性能和几何性能,对多目标优化进行评价,并给出目标函数组合选取方面的设计建议。最后采用文中优化方法对一项实际工程进行应用分析,并对该方法的实际应用进行评价。