随着计算机技术的发展，结构的计算模型已从平面发展到空间。在广泛阅读文献和调研的基础上，本文以轻钢框架结构为研究对象，对几何非线性计算方法和优化设计方法进行了研究。 本文对空间梁柱构件的承载力进行了分析，推导了极限屈服面方程的精确表达式，将线性的和非线性梁柱设计方程与国外双向受荷梁柱实验数据进行比较，认为非线性相关方程所算得的极限承载力能反映梁柱构件的真实承载能力。 本文根据连续介质力学理论，建立了考虑剪切变形影响的基于稳定插值函数的轻型空间钢框架几何非线性分析的有限元模型；利用修正的拉格朗日列式，从增量虚功平衡方程出发，推导梁柱单元空间几何非线性分析的刚度矩阵；本文推导了位移修正及坐标转换的公式，得到了结点角位移修正公式和单元的转换矩阵；本文还对非线性方程组的解法及收敛问题进行了分析。 本文对遗传算法应用于结构优化设计时的数学模型、约束条件处理、初始种群的产生及其遗传算法控制参数的选择几个关键因素进行了分析；对优化设计中约束条件的处理方法、种群规模大小的确定进行了研究；并针对简单遗传算法局部搜索能力不足的缺点进行了改进，并基于VC软件编制了改进的遗传算法空间轻钢框架结构优化程序，算例表明改进的遗传算法提高了遗传算法在应用于空间轻钢框架结构优化设计方面的收敛性和计算速度。