節(jié)點是連接桿件、傳遞荷載的重要組件，是大跨空間結(jié)構(gòu)成形的關(guān)鍵，其性能關(guān)乎著結(jié)構(gòu)整體的安全與穩(wěn)定。由于空間結(jié)構(gòu)節(jié)點的性能和成本取決于結(jié)構(gòu)材料的有效使用及構(gòu)型的合理設(shè)計，因此其設(shè)計工作一直都是大跨空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的重點。根據(jù)相關(guān)研究可將空間結(jié)構(gòu)節(jié)點的設(shè)計發(fā)展歷程概括為三個階段：基于經(jīng)驗的簡單構(gòu)造設(shè)計、基于經(jīng)驗的改進設(shè)計以及借助優(yōu)化算法的找形設(shè)計。早期工程中應(yīng)用的節(jié)點往往僅依靠設(shè)計師的經(jīng)驗進行簡單的構(gòu)造設(shè)計，由于結(jié)構(gòu)未經(jīng)過系統(tǒng)的計算分析，出于安全考慮工程師通常會賦給節(jié)點過量的材料，導(dǎo)致設(shè)計成形的節(jié)點構(gòu)型不合理、造價較高等問題，如板式節(jié)點、焊接實心球節(jié)點。

隨著有限元技術(shù)的發(fā)展和力學(xué)理論的完善，通過借助仿真工具計算結(jié)構(gòu)的受力性能可在一定程度上提高節(jié)點的材料利用率，從而控制設(shè)計成形節(jié)點的剛度和經(jīng)濟成本。數(shù)值模擬計算為空間結(jié)構(gòu)節(jié)點的設(shè)計方式帶來了革命性轉(zhuǎn)變，其與工程師經(jīng)驗的有機結(jié)合構(gòu)成了現(xiàn)階段節(jié)點普遍采用的基于經(jīng)驗的改進設(shè)計方法，即首先根據(jù)工程師經(jīng)驗設(shè)計出一個節(jié)點的初始模型，其次利用有限元技術(shù)詳細計算初始模型的力學(xué)性能，然后基于數(shù)值模擬分析的計算結(jié)果對節(jié)點初始模型的材料分配和結(jié)構(gòu)構(gòu)型進行調(diào)整，經(jīng)過多次計算和調(diào)整的循環(huán)過程才能夠確定節(jié)點的最終設(shè)計形態(tài)，有必要的還需進行節(jié)點模型試驗。雖然基于經(jīng)驗的改進設(shè)計方法在空間結(jié)構(gòu)節(jié)點的設(shè)計工作中取得了不錯效果，但是其周期長、能耗大，而且設(shè)計的節(jié)點模型在工程實踐中常反映出自重大、幾何形狀優(yōu)化不足以及應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯等問題，如深圳大運會主體育場在網(wǎng)架的肩谷處所采用的鑄鋼節(jié)點重量達到了98.6t；青島2014世園會主題館樹狀柱的兩個支管連接處和主分管交界處局部應(yīng)力均超過300MPa。因此在保證空間結(jié)構(gòu)節(jié)點受力性能的條件下，具有合理經(jīng)濟性的結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)變得愈發(fā)重要。

近些年，國內(nèi)外學(xué)者借助優(yōu)化算法對空間結(jié)構(gòu)節(jié)點進行了先進設(shè)計研究，以尋求受力形式合理及輕質(zhì)的節(jié)點形態(tài)，其中發(fā)展較完善和應(yīng)用較多的當(dāng)屬拓?fù)鋬?yōu)化算法。拓?fù)鋬?yōu)化是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，對所給設(shè)計區(qū)域內(nèi)的材料進行合理布置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)的研究團隊利用 BESO 對某大跨度頂棚結(jié)構(gòu)的節(jié)點進行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計的探索。