国家体育场和国家游泳中心是2008年北京奥运会的标志性建筑。国家体育场主体结构为空间钢框架结构体系;国家游泳中心上部主体结构则采用基于Weaire—Phelan多面体阵列的独特方式生成,是一种新型空间刚架结构。论文通过分析国家体育场和国家游泳中心主体钢结构特点,面向大型复杂空间结构,借鉴结构优化设计中的准则法以及离散变量结构优化设计方法,建立了两级递进自适应优化方法。采用该方法分别对国家体育场空间钢框架结构和国家游泳中心上部主体空间刚架结构进行了结构优化设计。两级递进自适应优化方法以结构构件截面参数作为离散设计变量;将结构约束条件中的应力约束和位移约束划分为局部约束和非局部约束;分步处理两种约束条件,先对结构进行近似满应力优化设计,使结构满足应力约束条件,再采用重量—效率差分算法对结构进行优化设计,使结构满足位移约束条件。通过算例和在两个奥运场馆结构优化设计中的应用,验证了本方法适于在大型复杂空间结构的优化中应用,优化方法具有较高的计算效率和计算精度。论文的另一部分工作是对国家体育场和国家游泳中心的结构优化设计方案进行结构分析和应用现行建筑结构规范进行校核。对优化后结构采用有限元分析程序进行了静力荷载作用下以及地震荷载作用下的结构分析计算,分析在各种荷载工况下结构的力学特性。依据现行建筑结构规范,对结构在各种静、动力组合荷载工况作用下进行校核。校核结果表明,优化后的结构方案,不仅减轻了结构重量,结构的力学性能同样卓越。 <WP=4>论文的研究结果为大型复杂空间结构的优化设计,提供了一种实用高效的方法;同时本文对两个奥运场馆所作的结构优化设计研究工作,为两个奥运场馆的进一步的详细设计提供了一种可供参考结构方案。