近年来,伴随着我国经济的发展,空间结构也得到了迅速发展,许多空间结构建筑已成为城市乃至国家的标志。目前应用于实际工程的曲面结构多为传统空间结构形式,例如球面、椭球面、马鞍面、柱面等可用解析函数表达的曲面,或者是这些曲面的组合。随着人们对建筑美学的不断追求、计算机技术的高速发展以及结构设计、施工手段的日益完善,越来越多的自由曲面空间结构被运用到实际工程当中,尤其是自由曲面连续壳体,越来越受到人们的重视和青睐。但是,采光等问题影响了连续壳体的应用,对连续壳体进行力学合理地开洞可解决上述问题。基于以上原因,本论文对自由曲面空间结构几何形状创建及拓扑形态创构方法开展了研究。首先,在自由曲面空间结构几何形状创建过程中,本文分别采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面正算和插值曲面反算方法,得到了一系列造型优美的自由曲面。此外,本文分别借助调整控制点和权因子的方法对已有自由曲面几何形状进行修改。该部分几何形状创建的实施为建筑师提供了一种实现建筑意图的有力工具。其次,本文对传统的改进进化论方法的设计域进行了适当拓展,将设计域拓展为自由曲面空间设计域,使改进进化论方法能够满足多样的空间结构拓扑形态创构要求,增加壳体形态创构在实际工程当中运用的可能性。最后,本文采用自由曲面空间设计域改进进化论方法,分别以Mises等效应力和应变能敏感度为目标力学量对典型的传统解析曲面(抛物柱面、双曲抛物面)连续壳体及NURBS方法创建的自由曲面连续壳体进行拓扑优化,创构出一系列形式美观奇特且受力合理的自由曲面空间结构拓扑形态。该部分拓扑形态创构的实施解决了连续壳体的采光等建筑效果问题,同时提高了材料利用率,节省了材料,尤其对于实现结构(建筑)形态设计由经验型向科学型转变具有重要意义。