混合使用响应面近似模型和直接优化方法对主镜进行轻量化和支撑点布局集成设计，并以２．５ｍ地基光学望远镜的超低膨胀主镜为例，对该方法的参数敏感性分析、基于Ｋｒｉｇｉｎｇ响应面多目标遗传算法的全局优化、基于混合整数序列二次规划梯度算法的局部优化过程进行研究，并采用折衷规划理论制定评价函数。集成优化结果表明，与相同尺寸的实心镜相比，主镜采用背部局部开放式六边形孔夹芯三明治结构时，轻量化率为７２．１３％。主镜轴向采用５４点ｗｈｉｆｆｌｅｔｒｅｅ被动支撑，在光轴竖直及重力载荷下镜面变形的均方根值为６．０８ｎｍ，各项指标均满足设计要求。