预应力钢结构通过施加预应力以充分利用钢材弹性范围内的强度,提高构件或结构的承载能力,减少其变形,达到节约钢材、降低造价的目的。预应力与大跨空间结构相结合形成了许多新的结构体系。张弦梁结构是大跨度空间结构中一种典型的刚柔结合杂交体系。张弦梁受力明确,构造简单,制造安装方便,结构形式多样,适用范围广泛,近年来颇受欢迎,并在不少大型工程中采用。超大跨张弦梁的上弦构件一般采用桁架形式来提供较大的抗弯刚度和稳定性,张弦拱桁架结构在今后仍然会是研究的热点。然而,对于影响张弦梁性能的垂跨比、高跨比和预应力取值的大小等各个因素的选取问题,国内工程通常采用不同方案反复试算后优选确定,同时,已有的成果中关于张弦梁性能研究已经比较成熟,但是优化方面大多以重量最小为目标函数优化杆件截面面积和索力值。由于实际工程中相同面积钢管可以选择不同的直径和厚度,不同直径和厚度的钢管又有不同的造价和回转半径,因此,如何在结构优化的基础上考虑各种约束来选择使结构造价达到最小所需的钢管直径和厚度还有待深入研究。 本文以最小用钢量为目标函数,考虑应力、位移和稳定性等约束,采用两级优化法,对大跨张弦拱桁架进行了截面面积和索力的优化设计。以此为基础建立了以最小造价为目标函数的优化模型,参考市面上各种钢管和钢绞线的报价,提出了在考虑结构位移和强度约束下计算钢管直径、厚度的最优造价优化法。最后分别对大跨预应力张弦拱桁架和非预应力张弦拱桁架进行优化,通过算例分析得出,大跨预应力张弦立体拱桁架相对于非预应力张弦立体拱桁架省钢率和节省造价率都在40％-60％；大跨预应力张弦平面拱桁架相对于非预应力张弦平面拱桁架省钢率和节省造价率都在20％-50％；当承受相同荷载时,结构节省造价率略高于省钢率。 本文所提出的最优造价优化法可以解决以规则钢管为杆件截面结构在截面面积和索力值优化基础上来优化钢管直径和厚度的问题,同时将造价最小作为预应力结构相对于非预应力结构优越性的指标,直接给出钢管直径和厚度,便于工程实际应用和进行经济性分析。