自由曲面空间网格结构以其卓越的建筑表现力成为了当今空间结构发展的主要趋势之一，并在越来越多的实际工程中得到应用。如何在寻求自由曲面建筑形状与结构受力之间的协调统一越来越成为人们关注的焦点，自由曲面的形态优化学也应运而生。　　本文根据自由曲面的形成机理，以控制点的坐标为优化变量，以应变能密度、特征屈曲值为目标函数，运用遗传算法，采用MATLAB与ANSYS分析软件，对自由曲面进行多目标优化。研究表明，所提出的优化方法适用性强，优化效果较好，可用于各种自由曲面的形态优化。　　为适应自由曲面空间网格结构的特点，开发了一种新型的装配式节点形式——螺栓圆台节点。为深入剖析该节点在面内、面外的抗弯刚度、承载力和破坏机理，设计了12组试件进行节点试验研究。试验结果表明:该新型节点传力机制明确、受力合理可靠、装配过程简单、空间几何适应性强;高强度螺栓直径是影响节点半刚性性能的最主要因素，转接头壁厚对节点半刚性性能影响不大。　　对螺栓圆台节点建立了ANSYS有限元模型，考虑大变形影响，采用Von-Mises屈服准则，结合使用罚函数和增广拉格朗日模拟节点各零件之间的接触行为，计算结果与试验结果基本吻合。计算模型能够较好地模拟节点的实际受力状态，　　采用Kishi-Chen的幂函数模型，推导了螺栓圆台节点的弯矩-转角模型，经与试验结果、有限元分析结果比较，能较好地模拟螺栓圆台节点的半刚性性能。此外，根据节点的实际受力特点，提出了螺栓圆台节点各主要零件的设计方法。　　为验证节点设计方法的可靠性，制作了3组试件对螺栓圆台节点在实际结构中的受力性能进行研究。试验结果表明，节点延性较好，有限元能准确模拟试件的实际受力性能，节点能满足实际工程的要求。　　最后以一个实际的自由曲面工程为例，以应变能密度、特征屈曲值为目标函数，采用遗传算法对其进行多目标优化，分析结果表明，通过优化之后，结构的静力性能与稳定性能均有所提高，能取得较好的经济效益，进一步说明了优化方法在实际工程中应用的可行性。采用螺栓圆台节点，根据各杆件的内力，对结构采用的装配式节点进行重新设计、计算，证明该节点能适用于复杂的自由曲面空间网格，节点设计方法安全、可靠。