工程结构承受的荷载经常受到很多不确定性因素影响,如施工误差、测量误差以及温度变化等环境因素的影响。在这些环境因素的影响下,很难保证荷载确定不变。承受不确定荷载作用的结构上按照确定性荷载设计的可靠性以及安全性会有所降低。因此研究不确定荷载下结构设计和拓扑优化方法对于提高结构可靠性与安全性具有重要意义。通常可以采用基于概率的方法和基于非概率的方法研究不确定荷载下的结构拓扑优化方法。对于缺乏不确定性参数概率信息的问题适用于非概率方法。本文采用基于非概率的方法。本文首先用解析方法分析了确定荷载下以及不确定荷载下的二杆结构拓扑优化。当荷载不确定时,荷载方向可以任意变化也可以在区间范围内变化;分别研究了体积约束柔度最小结构和应力约束重量最小结构。分析了类桁架连续体结构拓扑优化。将不确定荷载基于凸集模型分解为平均值和误差两部分,其中平均值是确定的,误差是可变的;结构响应也由这两部分荷载产生。在类桁架材料模型下,用特征值方法求出最不利荷载,然后进行结构拓扑优化。最终得出不确定荷载下的拓扑优化类桁架结构。研究表明:在不确定荷载下,二杆结构和类桁架结构拓扑优化布局会有较大变化。因此在实际工程结构中,考虑荷载的不确定性能够得到更加合理、安全的结构形式。并且在迭代计算的过程中,特征值方法具有较高的计算效率。采用基于类桁架材料模型的拓扑优化方法,不删除单元和抑制中间密度,不存在单元依赖性、棋盘格和单元铰接等不稳定现象。最后分析了实际工程中常用的几种结构。