借助计算机技术,基于力学原理进行建筑形态设计是近些年发展起来的一种全新设计方法。在建筑设计过程中分析结构的受力特点,通过计算机程序进行物理仿真模拟,不断运算、迭代、优化,找到空间形态与结构合理性之间的关系,即为力学生形的过程。当下的力学生形方法虽然较多,但设计人员了解甚少,在实际工程中的应用更少。鉴于此,本文以具有交互性的力学生形方法为主线,对四种力学生形方法进行梳理,以实际工程为例,运用这些方法进行结构优化分析与生形设计,将生形结果进行有限元受力分析,验证其可靠性、优越性。具体内容如下:(1)介绍图解法原理、力到形的分析过程以及遗传算法,借助Structure FIT,以实际桁架为例进行多样性设计及优化生形。(2)对推力网格分析法进行介绍,将Rhino Vault作为分析工具,以漏斗形采光井的网壳结构为算例,对网壳形态进行多样性优化设计。(3)将有限元分析方法和模拟退火算法相结合,依据反向物理悬挂模型生成仅受压壳体形状的基本原理,运用有限元分析工具Karamba和单目标优化工具Galapagos进行壳体的优化生形。(4)运用双向渐进优化算法,以Ameba为软件平台,将第四章中所得到的壳体进行进一步的拓扑优化。经过上述研究得到如下结论:(1)通过与节点法对比,图解法的内力求解结果误差最大为0.38%,方法准确、可靠。运用遗传算法进行优化设计,得到了6种桁架优化结果,均满足设计规范要求,在用钢量方面均较原结构设计有所减少,最多可减少44%,验证了该生形方法的优越性。(2)运用推力网格分析法,得到了5种新网壳结构形态,其中,最大位移仅1.49 mm,最大应力只有1.37 Mpa,受力合理,均满足规范要求,验证了推力网格分析法的可靠性。(3)运用有限元法分析得到反向悬挂模型模拟所得出的壳体结构的受拉区域较小,且拉应力很小,壳体基本处于全受压状态,证明了模拟结果的正确性。优化后壳体平均应变能与位移均减小,与初始壳体相比,平均应变能降低了60.4%,变形减少了85.8%,且受压面积明显增多,仅受压壳体的特性更加明显,验证了该种生形优化方法的合理性与实用性。(4)基于双向渐进优化算法,对第四章得到的壳体进行拓扑优化,所得到的壳体形态新颖,材料用量明显减少,最大位移为164 mm,满足规范要求。