随着科学与时代的发展,人们对建筑审美水平不断提高,建筑师越来越倾向于采用自由曲面以创作出新颖独特的建筑造型,但同时建筑形态整体受力的合理性也不能忽视。大跨度结构是典型的风、雪荷载敏感结构,如何选取合适的自由曲面造型满足建筑要求,并考虑风、雪荷载对结构承载性能的影响,使自由曲面屋盖结构受力更加合理是值得研究的问题。本文首先基于NURBS理论实现了自由曲面屋盖的参数化构形,并对自由曲面屋盖结构进行风荷载与雪荷载的参数化CFD数值模拟。在此基础上,探求自由曲面屋盖的形状与表面风、雪荷载分布之间的关系,最后综合考虑自重、恒荷载、风荷载、雪荷载等对结构的作用,以结构最小应变能为目标对自由曲面网壳结构进行形状优化,论文主要完成以下工作:（1）基于NURBS理论,结合“三峰两谷”大跨自由曲面屋盖结构的建筑造型特征,提取其形状特征参数,实现自由曲面屋盖的参数化构形与分析。（2）通过有限体积法对流体控制方程进行离散,选用基于雷诺时均的Realizable k-ε湍流模型对结构风场进行数值模拟。对自由曲面屋盖结构表面的风压分布进行参数分析,得到风压分布随自由曲面屋盖形状改变的变化规律。（3）在风场中加入雪相,假定空气相与雪相单向耦合,考虑屋面上积雪的侵蚀与沉积,利用Mixture多相流模型进行了自由曲面屋盖的风致雪漂移数值模拟。在此基础上对自由曲面屋盖结构表面的雪压分布进行参数分析,得到雪压分布随自由曲面屋盖形状改变的变化规律。（4）基于对风、雪荷载的数值模拟,利用Rhino及其插件Grasshopper对大跨自由曲面网壳自动化施加风、雪荷载,并进行受力性能的分析,得到自由曲面网壳在自重、恒荷载、风荷载、雪荷载等共同作用下的结构整体应变能。（5）采用遗传算法在仅考虑屋盖结构自重的情况下,求得结构应变能最小时对应的自由曲面网壳形态;然后在风雪共同作用下分别建立0°风向角、45°风向角、90°风向角3个工况下的自由曲面网壳结构应变能对形状参数的响应面模型,得出结构应变能最小时的最优曲面形态。（6）考虑实际情况中来流风向的不确定性,综合考虑各工况荷载组合,提出一种同时考虑无风环境下、0°风向角、45°风向角、90°风向角四个工况下的应变能总和最小的选形方法,得到大跨自由曲面网壳结构的最终优化形态,并进行优化结果校核。