该文从优化设计的角度对预张力结构进行了系统、深入的研究.系统地回顾了结构优化研究的发展过程,综述了预张力结构优化设计的研究现状,肯定了预张力结构优化设计的研究价值.建立了预张力结构优化设计的数学模型,提出了预张力结构优化设计的两级算法.第一级优化中,以预应力为设计变量,进行基于连续变量的预应力优化;第二级优化中,固定预应力,以构件截面尺寸为设计变量,进行基于离散变量的截面优化.分级算法有效地解决了预应力变量和截面尺寸变量在数值上和性质上的不统一所造成的求解困难.对于固定预应力下的预张力结构截面尺寸优化设计,该文提出了基于离散变量的二级优化算法.第一级优化用一维搜索算法使局部性约束满足,第二级优化用相对差商法使整体性约束满足,采用暂时静定化假定使相对差商法的求解效率大大提高.运用上面建立的优化方法对张弦梁结构进行优化设计研究.详细分析了单榀张弦梁结构中,撑杆数目、垂跨比、高跨比对优化结果的影响,分析了预应力对结构位移的影响.同时,对一个大型张弦梁结构进行了优化设计.提出了预应力桁架结构提高承载力的线性规划法;提出了预应力桁架结构优化设计的序列线性规划法.运用该方法对预应力空间网格结构进行优化设计.该方法的计算效率很高,适合于大型结构的优化设计.提出了张拉整体索穹顶结构预应力优化设计的序列两级算法.采用奇异值分解法计算张拉整体索穹顶结构的独立的自应力模态,利用优化设计中的"变量连结"思想,对杆件进行分组,减少结构的自应力模态数.第一级优化为固定截面下的预应力优化,第二级优化为固定预应力下的截面优化.考虑结构的几何非线性,位移约束在第一级优化中考虑,应力约束在第二级优化中考虑.对上述各种方法编制了相应的程序,通过典型算例的计算分析,充分验证了以上理论的正确性和有效性.