网壳结构是一类有活力的、适应性很强的、方兴未艾的空间结构形式，其应用前景非常广阔。目前，单层网壳结构已经被广泛应用于大跨度建筑结构中。而单层网壳结构的形式多种多样，传统的设计方法使设计工作量繁重，同时受时间和费用的限制难以进行多方案比较，这样往往导致最终的设计方案并非是最优设计方案。 虽然国内有些结构设计软件有结构优化模块，但大多都采用满应力优化技术，只能有效应用于约束条件较少和简单的结构。而对像单层网壳这样的结构其效果并不好。 单层网壳结构的每根杆件的有限元力学计算模型为空间梁单元，其承载力不仅取决于杆件的强度，而且还取决于网壳结构的整体和局部稳定性。在单层网壳结构的设计过程中必须考虑其强度、刚度、稳定以及几何尺寸等约束条件。同时，单层网壳的每根杆件还要符合现有的规格和型号，即单层网壳结构的优化设计属于离散变量结构优化设计问题。 本文采用序列两级算法对网壳单层球面网壳杆件截面优化设计。即将结构优化设计数学模型的约束条件按其性质分为局部约束和整体约束两大类。分别采用一维搜索算法和相对差商算法处理这两类约束。本文大量算例证明序列两级算法用于大型复杂结构的优化设计，不仅可以提高计算效率，而且可以收敛到全局最优解。 本文首先用有限元分析软件ALGOR对工程常用的五种单层球面网壳进行静力特性分析。分析了这血种形式网壳当其矢跨比变化时对应的位移和内力分布变化特性。 其次编制了基于序列两级算法的网壳结构杆件截面优化设计程序，该程序实现了自动调用有限元分析软件ALGOR进行结构分析。运用该程序计算了200个算例，详细分析了上述五种工程常用单层球面网壳，其矢跨比、跨度以及网格尺寸分别变化时对应的耗钢量变化情况。从而得出在某一跨度和矢跨比时，选择哪种型式的网壳用钢量最为经济。 本文所得结果可以作为网壳结构设计人员进行单层球面网壳选型工作的重要依据。