张拉整体结构是一种由连续的拉索和间断的压杆所组成的新型索杆张力结构,这种组成方式以及自平衡、自支承的特点在某种程度上反映了自然界“连续拉、间断压”的规律。目前,作为空间结构领域最为前沿的课题之一,张拉整体结构已引起全世界学者们的广泛关注。本文在前人研究工作的基础上,综合运用平衡矩阵理论、矩阵奇异值分解理论、人工鱼群算法等理论与数值方法,针对目前张拉整体结构形态研究中存在的一些关键问题进行了进一步研究和探讨。本文主要进行了以下几方面的工作：1.通过理论推导,介绍了平衡矩阵理论、奇异值分解理论(SVD)及张拉整体结构几何稳定性的判定准则。详细推导了空间杆单元的单元平衡矩阵,将奇异值分解用于结构平衡矩阵的处理,通过自编程序考察具体算例,并与以往文献对比,验证了奇异值分解在处理结构几何稳定性问题上的有效性。2.从多自应力结构几何稳定性判定及初始预应力分布两个层面出发,建立了三个层面的预应力优化模型,分别对应预应力优化三个不同层面的要求,并将其转化为单目标数学优化问题。3.针对本文提出的预应力优化模型,利用一种较新颖的智能算法——人工鱼群算法进行优化分析,得到了优化结果及过程。通过不同类型的算例,验证了本文优化模型的正确性,以及人工鱼群算法收敛迅速、鲁棒性高等特点。4.针对本文考察的张拉整体结构几何稳定性及初始预应力分布两个问题,编制了MATLAB计算机程序,用于本文所有算例的计算。介绍并公布了程序关键部分的代码。通过理论推导、数值算例表明,本文总结与提出的张拉整体结构初始预应力优化模型及所编制的程序是可行且有效的,可作为张拉整体结构形态分析的理论基础。同时论文还提出了今后有待解决的一些关键问题。