Beschreibung

Die Lehrveranstaltung Tragwerksentwurf III ergänzt die Lehrveranstaltungen Tragwerkentwurf I und II in Bezug auf Baumaterialien und Konstruktionstechniken.

Ziel der Lehrveranstaltung ist die Vermittlung eines ganzheitlichen Verständnisses für den Entwurf von Tragwerken auf der Grundlage der in den vorangegangenen Semestern erworbenen Kenntnisse des statischen Gleichgewichts in Verbindung mit den mechanischen Eigenschaften der wichtigsten Baustoffe und den entsprechenden Konstruktionstechniken.
Die Lehrveranstaltung untersucht die Beziehung zwischen Architektur und Tragwerk durch die Einführung und Diskussion von Entwurfsparametern und deren Auswirkungen auf verschiedene Leistungskriterien. Zu den Leistungskriterien gehören neben statischen Aspekten auch Aspekte des Material- und Energieverbrauchs, die in direktem Zusammenhang mit Fragen des ökologischen Fußabdrucks stehen.

Die Lehrveranstaltung soll aufzeigen, dass bei der Planung von Bauwerken eine Vielzahl von Aspekten aus unterschiedlichen Disziplinen gleichzeitig berücksichtigt werden müssen. Dies führt zu einer Komplexität, die sich nur selten auf eine eindeutige "richtige" Antwort reduzieren lässt. Kritisches Denken und technisches Wissen müssen sich gegenseitig ergänzen. Die Lehrveranstaltung zielt darauf ab, die Werkzeuge zur Entwicklung dieser Fähigkeiten zu vermitteln.
 

Ziele

Nach dem erfolgreichen Abschluss des Kurses werden die Studierende folgendes beherrschen:

1. Strukturelles Verständnis von Bauwerken und ihren Bauteilen sowie deren statisches Verhalten.
2. Erkennen, Beherrschen und Berücksichtigen von Entwurfsparametern als Teil des Entwurfsprozesses.
3. Entwurf statischer Systeme nach verschiedenen Leistungskriterien, einschließlich architektonischer, struktureller, konstruktiver und ökologischer Aspekte.
4. Materialgerechtes Entwerfen von Tragwerken.
5. Dimensionieren von Bauteilen aus unterschiedlichen Baustoffen.
6. Entwicklung von Konstruktionsdetails nach vorgegebenen statischen Schemata.
    

Inhalt

Nach einer kurzen Wiederholung der in Tragwerksentwurf I und II vermittelten Schwerpunkte, werden in Tragwerksentwurf III verschiedene tragende Elemente in ihrer Beziehung zueinander und in ihrer Beziehung zum architektonischen Raum hin untersucht.
Ausgehend von zweidimensionalen statischen Systemen wird in einer Reihe von fünf Vorlesungen die Funktionsweise der wichtigsten tragenden Elemente eines Gebäudes mit Hilfe von graphischer Statik und analytischen Methoden veranschaulicht.
Die Auswirkungen der Tragwerksperformance, der räumlichen Qualitäten, des Materialeinsatzes und des ökologischen Fußabdrucks werden anhand von Analysen von Gebäuden mit besonderer Qualität während des gesamten Kurses diskutiert.
Die Inhalte der Lehrveranstaltung werden durch fünf Übungseinheiten vertieft, in denen die Studierenden die Möglichkeit haben, das in den Vorlesungen erworbene Wissen anzuwenden und ihre Entwurfsfähigkeiten durch spezielle Entwurfsübungen unter Betreuung eines Tutorenteams zu verfeinern.

Formulas and Reference: 
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Focus work topics for our summer session. Application deadline: 15.05.2026

1. Earth–Timber Hybrids: Design, Material, Production

Contemporary rammed earth building constructions require intensive manual labor processes. This is not only relevant in on-site productions but a similar prevailing issue in prefabrication processes. In order to develop feasible alternative production concepts and adapted design principles to evolve efficient earth- timber hybrid constructions we explore feasible options of compressing earthen material as mass infill in timber framing structures.

By designing and optimizing timber framing structure we develop basic frameworks for the earthen infill. Adapting the earthen mixes for easy infilling processes by adapting recipes, sieving lines and distribution of aggregates or tuning clay components in the mixes – we develop optimal material for specific uses in the timber and earth- hybrid building parts.

Subtopics:

1. Design and construction of timber framing parts Optimization of cross-section design of timber members to improve visual quality aesthetics with the earthen material infill, designing connections for easy dismantling of the timber members without using screws or glue for the connections (e.g. timber reuse), increasing friction between timber and earthen infill materials.

2. Optimization of earthen infill materials Raw earthen materials need adaptation in composition, grain size distribution or binding components like clays or reinforcing parts like fibers. In order to elaborate material recipes especially suitable for infills in timber framing we experimentally develop recipes that are optimized for specific infills in timber frames

3. Upscaling production infrastructure design Utilizing partly ready-made machine components originating in the steel industry, we extend design and functionality of hydraulic presses in order to integrate them into timber framing productions. This upscaling design includes raw material preparation, material transport logistics, compaction processes, post- production works and adaptations for on-site field factory productions.

Duration: June-September 2026

Application deadline: 15 May 2026

Cost: max. 200 CHF per group

The work is ideally meant to be in done in teams of two students.  If you are interested please send a short motivation text to: Jomo Zeil, zeil@arch.*ethz.*ch

2. Exploring the structural potential of European-grown bamboo

Bamboo is a sustainable construction material. The project focuses on identifying suitable bamboo species present in Europe and examines their mechanical properties for structural design applications. 

The project also maps current cultivation maps across Europe, highlighting plantations where bamboo farming steadily expands. By analyzing the differences between traditionally imported tropical species and locally grown European bamboo, the study explores the feasibility of relying on European bamboo species and farms. 

Ultimately, the project aims to assess how bamboo can contribute to low-carbon construction and support a more sustainable, locally sourced building industry in Switzerland and Europe.

Duration: June-September 2026

Application deadline: 15 May 2026 Cost: max. 50 CHF per group

The work is ideally meant to be in done in teams of two students. If you are interested please send a short motivation text to: Dr. Ioannis Mirtsopoulos, mirtsopoulos@arch.*ethz.*ch

3. Postgarage Brig Heidi und Peter Wenger + Tihamér Koncz

The Postagarage in Brig embodies the work of architects Heidi and Peter Wenger: their focus on geometry, structure and prefabrication – heavily influenced by Buckmisnter Fuller in the US. The Postgarage is also a prime example for successful collaboration between architects and engineers as engineer Tihamér Koncz constructed it’s shed roof applying one of his patents for the first time: the prefabricated concrete elements are prestressed in their prefab-molds (“Sofortiger Verbund im Spannbett“). 

Currently the building is under threat and therefore it is not without urgency that this focus works aims to investigate the inovation of the structural system, its architectural implementation and the significance beyond the Postgarage. The precise focus can be refined during an initial research phase. 

This focus work is supported by the Heidi & Peter Wenger Foundation. Duration: June-September 2026

Application deadline: 15 May 2026

Cost: max. 150 CHF - 1 excursion to Brig

Appplication: The work is ideally meant to be in done in teams of two students.  If you are interested please send a short motivation text to: Leo Kleine, kleine@arch.*ethz.*ch

4. Exploring potential of existing residential buildings

This project seeks to critically examine the trend of demolishment of typical residential buildings by analyzing the existing structures and exploring alternatives to their removal.

The primary objective is to identify and evaluate the strengths of these buildings, including their architectural qualities, social value, and environmental significance. As a first step, original plans and documentation will be collected and reviewed. The existing structures will then be systematically analyzed, with particular attention to their strengths and weaknesses.

Based on this analysis, the project will develop initial concepts for possible interventions, such as renovation, vertical extension, or partial transformation, as alternatives to complete demolition. However, the main focus of the work lies in the analytical process rather than in detailed design proposals. A key aspect of the study is to investigate whether emphasizing the inherent qualities of these buildings can contribute to a more sustainable, preservation-oriented approach, and potentially encourage stakeholders to reconsider demolition strategies. Alternatively, the project may be structured more flexibly, allowing students to select a building of their own interest. In this case, they will be guided in conducting a comparable analysis and in developing independent proposals based on their findings.

Duration: June-September 2026

Application deadline: 15 May 2026

Cost: max. 50 CHF

Application: The work is ideally meant to be in done in teams of two students.  If you are interested please send a short motivation text to: Natalia Pieroni, pieroni@arch.*ethz.*ch

Die Seminarreise führt uns in die Umgebung des Thüringer Waldes. In dieser Region wird viel Holz geerntet, das zu Bauteilen unterschiedlichster Form weiterverarbeitet wird – von einfachem Schnittholz bis hin zu hochspezialisierten Produkten.

Wir werden die verschiedenen Stadien und Prozesse der Materialbearbeitung besichtigen: von der Baumzucht und Holzernte im Wald bis hin zur Produktion fertiger Bauteile. Darüber hinaus erhalten wir Einblicke in Themen wie Forstwirtschaft, Erhalt der Wälder, deren ökologische Rolle und die Herausforderungen durch den Klimawandel. Das Programm wird ausserdem durch Besichtigungen lokaler Museen sowie wertvoller Holzstrukturen ergänzt.

Ziel der Seminarreise ist es, den Herstellungsprozess von Holz in seiner Gesamtheit zu erleben – vom Forst über die Verarbeitung bis hin zum Endprodukt und dessen Wiederverwendung. Dadurch soll ein Bewusstsein für das Potenzial des Holzbaus sowie für seine Rahmenbedingungen und seine mögliche Rolle in einer nachhaltigen Wirtschaft der Zukunft geschaffen werden.

16.03. — 20.03.2026
Kostenrahmen: C
Teilnehmer: 12 – 22
Kontakt: Bartosz Bukowski
Erforderlich: feste Schuhe und Kleidung für die Wanderungen im Wald

Current members of the Chair of Structural Design:

• Prof. Dr. Jacqueline Pauli
• Dr. Abderaouf Gacem
• Dr. Federico Bertagna
• Dr. Lluis Ernique Monzo
• Dr. Ioannis Mirtsopoulos
• Dr. Yasaman Yavaribajestani
• Barbara Beetz
• Bartosz Bukowski
• Simon Eisenlohr
• Philine Euler-Rolle
• Ursula Jaray
• Leo Kleine
• Natalia Pieroni
• Anna Pomazanna
• Juan Orjuela Sepulveda

Former members of the chair:

• Dr. Davide Tanadini
• Linus Schmitz
• Michele Capelli
• Stefan Jos

The midterm critique of the Structural Design DBaug + MIBS course took place on October 7th. The students’ projects were discussed together with our invited guests: Dr Giulia Boller, Agnieszka Latak, Filippo Santoni, Dimitrios Piskas, Matthias Ludin, and Charles Binck.

Midterm Critique of the course Architektur und Tragwerk with invited quests: Marina Montresor and Patrick Studer.

Final presentations of focus works from the summer session 2025 took place on 11th September 2025. 

The course “Architektur und Tragwerk” represents an opportunity for architecture students to develop a design project in which load-bearing structures and architectural space support and enhance each other as inherent parts of the same design process. The course fosters the development of a design thinking that emerges from the coexistence of a number of design parameters and performance criteria related to force flow, construction technologies, material use, and spatial qualities. Students will learn about diverse operative tools and strategies to control the complexity of such a multidisciplinary design process in which space-making and load-bearing elements are inherently intertwined. The potential of each design option will be evaluated based on various factors; in addition to structural performance and architectural expression, aspects related to material use, construction processes, and environmental footprint will play a crucial role in the whole process.

The goal of the course is to introduce students to Structural Design. The course fosters the development of a design thinking that emerges from the coexistence of a number of design parameters and performance criteria related to force flow, construction technologies, material use, and spatial qualities. 

Students will learn about diverse tools that allow for controlling such a complex blend of parameters and criteria at the interface between different disciplines such as structural engineering and architecture. These tools will include physical models, graphical methods, and digital tools. After a series of lectures and workshops, students will work on a design exercise that represents the core of the entire course. The design exercise is an opportunity to deal with an open-ended task that does not admit a univocal answer. 

In fact, besides structural performance, design options will be discussed and evaluated through a set of criteria including spatial qualities, constructability, and environmental footprint.

Welche Anforderungen stellt der heutige, dynamische Kontext mit seinen vielschichtigen Herausforderungen an künftige Architekt:innen? Eine sich rasant ändernde Welt im Zuge des Klimawandels fordert umweltbewusstes, nachhaltiges Entwerfen und Bauen mehr als je zuvor.

Dieser zunehmenden Komplexität begegnet das Studio Foundations mit einem Kollektiv von acht Professor:innen (Lehrstühlen).

Unsere Lernziele sind:

• Erkunden verschiedener Methoden und Werkzeuge des zirkulären, nachhaltigen und einfachen Bauens.
• Selbständiges Arbeiten, kritisches Denken und Reflexion der eigenen Arbeit.
• Kennenlernen und Verstehen eines iterativen Entwurfsprozesses von vielen sich gegenseitig bedingenden Faktoren.
• Verstehen von Stadtstrukturen und Stadtsoziologie. Vertraut werden mit Massstäben, Proportionen und Dimensionen. Erkunden der Wechselwirkung zwischen Bebauung und Umwelt als Ausgangspunkt für den Entwurf.
• Erlangen von Verständnis der wichtigsten Konzepte und historischen Entwicklungen in der architektonischen Typologie und Form und deren Bedeutung. Erlernen von Analysemethoden und der direkten Anwendung der Erkenntnisse im Projekt.
• Erfassen von räumlichen Kategorien und Erkunden, wie Materialität, Dimensionen, Licht und Klang die räumliche Wahrnehmung beeinflussen. Erarbeitung eines materialspezifischen Grundlagenwissens sowie deren Einfluss auf den Raum und die Konstruktion.
• Erfassen der grundlegenden Prinzipien der architektonischen Konstruktion über die verschiedenen Bausysteme, Elemente und Materialien. Der Schwerpunkt liegt auf der Beziehung vom Gebäude mit dem Boden.
• Praktische Arbeit am Modell, im Plan, anhand von Handzeichnungen und Skizzen sowie im Visualisierungsprogramm als Teil des Entwurfsprozesses.

Inhalt    

Im Herbstsemester erkunden wir verschiedene Orte entlang der Limmat; diese reichen von der Innenstadt von Zürich bis in die Agglomeration und unterscheiden sich in der Topografie, Nutzung, Bebauungsstruktur, Besucherfrequenz, Geschichte.
Wir analysieren deren Kontext und setzen unsere Beobachtungen direkt in Bezug zu einer ersten Entwurfsidee für eine Buvette. Das Erkunden von Baumaterialien, deren technischen Eigenschaften, Herstellungsprozesse und Einsatzgebiete, sowie deren Einfluss auf die Raumwirkung, Fügungsprinzipien und Konstruktion inspirieren uns bei der Entwurfsarbeit und beeinflussen den Ausdruck und die Setzung massgeblich. Der Kurs führt die Studierenden in eine breite Palette von analogen und digitalen architektonischen Notationstechniken ein. Dazu gehören das Skizzieren, Zeichnen von Plänen und Schnitten, das Bauen von Arbeitsmodellen, 3D-Druck, Modellieren im CAD, Scannen von Kontexten, Visualisieren von Projekten und Programmieren – Fähigkeiten, die im Atelier vermittelt und durch direkte Anwendung im Entwurf kontextualisiert und geübt werden. Parallel dazu vermittelt „Studio Foundations“ grundlegende Prinzipien der architektonischen Konstruktion, die den Studierenden vom ersten Tag an helfen, Architektur als materielle Praxis zu verstehen.

Beschreibung 

Die Vorlesung Tragwerksentwurf IV wendet das in den Vorlesungen Tragwerksentwurf I-III erlernte Wissen auf bestehende Bauwerke an. 
Dabei betrachten wir Bestandsgebäude als funktionierende Einheiten, deren konstruktive Integrität bewahrt werden soll, ohne sie zu unantastbaren Museumsstücken zu erklären. Zentral ist dabei ein Verständnis für das Zusammenwirken der Tragwerksteile, deren Stärken und Schwächen einerseits, sowie den Auswirkungen von Umbaumassnahmen auf die tragenden Komponenten.

Die Vorlesungen soll Strategien aufzeigen, wie sinnvoll mit bestehenden Tragwerken umgegangen werden kann, ohne die Kreativität des Entwurfs einzuschränken.
 

Ziele

Nach dem erfolgreichen Abschluss des Kurses sollten die Studierenden in der Lage sein:

1. Die Konstruktionsweisen typischer Schweizer Stadthäuser des 20. Jahrhunderts zu erkennen und zuzuordnen.
2. Das Tragsystem eines bestehenden Bauwerks anhand von Planmaterial zu analysieren und fehlende Informationen zu benennen.
3. Die Hauptursachen für Umbauten und deren Auswirkungen auf das Tragwerk zu kennen.
4. Alterungsprozesse von Baustoffen und deren Instandhaltung sowie Ertüchtigung resp. Verstärkung zu verstehen. 
5. Die baulichen Eingriffe in typische Stadthäuser statisch sinnvoll zu entwerfen.
6. Auswirkungen von Aufstockungen zu kennen und zusätzliche Lasten statisch sinnvoll anzuordnen.
    

Inhalt

Die Vorlesung konzentriert sich auf den Gebäudebestand der Schweizer Städte, vornehmlich auf das 20. Jahrhundert. An den in diesem zeitlichen Rahmen üblichen Konstruktionsweisen zeigt sie beispielhaft verschiedene Umbaumassnahmen auf, beispielsweise Umnutzungen, Einfügen neuer Öffnungen und Schächte (Lifte), entfernen tragender Wände sowie Anbauten und Aufstockungen. An beispielhaften realen Gebäuden werden diese Eingriffe diskutiert und die Entwurfsparameter abgesteckt. 

Begleitet werden die Vorlesungen von Übungseinheiten und Kolloqiuen, die den Vorlesungsstoff anwenden und veranschaulichen.

Eine letzte Vorlesung am Ende des Semestes widmet sich dem Thema des Tragwerksentwurfs im Hinblick auf einen zukünftigen modularen Rückbau (Design-to-Disassembly) sowie dem Tragwerksentwurf aus wiederverwendeten Bauteilen (Re-Use).

Formulas and Reference: 
01_Formelsammlung_TEIII-IV

Consultations:
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The construction industry is responsible for about 40% of greenhouse gas emissions, highlighting the need for sustainable practices. To achieve the net-zero target by 2050 it is essential to focus on renovation and extension practices as well as new construction methods, especially in densely populated areas. However, effective renovation practices require a comprehensive understanding of the evolution of building structures over time. This paper discusses the historical development of different construction materials and methods from 1880 to the present, analyzing the key driving factors such as thermal insulation, seismic safety, and fire protection regulations. From the perspective of structural systems, buildings are categorized into three main categories. Through an analysis of the potentials and limitations of these different structural systems and building categories, this research aims to provide insights that will inform future targeted approaches in the renovation and extension of the existing buildings given their inherent capabilities.

https://www.research-collection.ethz.ch/entities/publication/ea5e8e4d-19b5-415f-9e06-b18c41e76832