在网架结构的设计问题上,无论是施加预应力还是进行形态优化,都是为了使结构体系受力合理,造价低廉。两者目的相同,方法各异,这就为两种设计方法的结合提供了可能。对预应力网架结构进行形态优化设计,既能通过施加预应力调整结构内力分布,又能通过形态优化进一步的提高结构承载能力、降低结构造价。本文以拉索预应力网架结构作为基本研究对象,建立了正交正放预应力网架、正放四角锥预应力网架等优化设计数学模型,推导了结构中预应力最优值计算方法和结构形态优化方法,并对两者结合创建了预应力网架结构形态优化设计方法。在该方法中,考虑了预应力和网架形状这两个变量,以应变能最小为目标,对不同变量提出两级优化算法:第一级是在结构形状确定的情况下,通过使结构应变能最小而进行的预应力值的优化;第二级是在预应力值确定后,结构在外荷载和预应力共同作用下,依据节点应变能灵敏度进行的结构形状优化。两级优化交替进行,直至得到应变能最小的预应力网架结构形态。运用本文创建的方法分别对不同类型的预应力网架结构进行了数值模拟,先确定拉索预应力的取值,再根据节点的应变能灵敏度分别在节点高度方向和x,y,z三个空间方向上进行位置调整。研究了预应力给结构带来的影响以及结构在节点位置调整过程中应变能、节点应变能灵敏度、位移和内力等参数的变化规律,对优化前后结构的形状和受力性能进行了对比分析。算例表明本文提出的拉索预应力网架结构形态优化设计方法可以有效的提高结构刚度,增强结构抵抗外力和变形的能力,验证了本文理论和方法的正确性,为相关设计提供了可借鉴的方法。