自由曲面网壳结构跨度大、受力合理、造价经济,同时外观造型丰富流畅,可以很好地满足建筑外观要求,多用于大型公共建筑。但自由曲面的丰富外观同时给网壳结构的网格划分带来了困难,传统的网格划分方法难以适用于自由曲面网壳结构,另外从结构形态学角度看,如何选取合理的自由曲面造型使网壳结构受力更加合理也是研究难点之一。本文基于实际工程需要,对自由曲面网壳结构的网格划分与形状优化问题进行了深入地研究,并采用非均匀有理B样条方法(NURBS)对自由曲面实现严格的数学描述。借鉴传统网壳结构网格划分方法和有限元网格划分思想,结合自由曲面NURBS描述的参数性,本文提出了适用于自由曲面的网格划分算法,包括基于映射法的参数映射网格划分、借鉴传统网壳划分方法的边界等分网格划分、四边形网格等杆长划分,并对涉及到的复杂边界进行了处理。基于适用于单层网壳结构的高度调整法,结合双层网壳结构的自身特点,本文提出了适用于双层自由曲面网壳结构的形状优化方法,该方法以寻找应变能极小为目标,根据应变能敏感度调整网壳结构节点坐标,最终实现自由曲面的形状优化。本文通过对算例和实际工程的形状优化,提高了结构性能并降低了用钢量,验证了该方法对自由曲面网壳结构形状优化的可行性。结合IGES标准和上述方法,本文利用C++编制了相应关的网格划分和形状优化程序。