刚桁架结构具有自重轻、承载力强、施工方便快捷等优点，广泛应用于工程结构中。目前大多数桁架结构设计都是根据建筑外观需求，结合工程师经验进行设计，这种设计方式周期长、变数大、修改频繁，而且结构很难找出最优化方案。这使得结构的可靠性和经济性都难以得到保障。本文采用拓扑优化的方法将本应属于离散体拓扑优化设计的桁架优化问题转化为连续体拓扑优化问题。均匀化方法和变密度法是目前商业有限元软件实现拓扑优化功能最常用的两种方法。本文重点介绍了均匀化方法和变密度法的基本概念和方法，建立拓扑优化的数学模型，并重点介绍两者方法的有限元实现过程和方法。在此基础上将这两种方法应用于移动载荷作用下的起重臂桁架的概念设计和大跨度空间桁架结构的优化设计。其中将空间桁架拓扑优化结果转化为具体的优化设计方案，并与原设计方案进行对比分析。通过优化方案与原方案的对比分析显示：使用拓扑优化方法进行概念设计后的结构具有更好的力学性能和更低的材料用量。这表明拓扑优化方法对提高结构设计效率、提高工程质量、降低工程造价都具有重要意义。