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: 
01_Formelsammlung_TEIII-IV

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By 2050 at the latest, humanity must manage to step into an ecological age – an age in which it only consumes what is actually available to it, and in which all, absolutely all, material cycles are closed (including those of greenhouse gases). The period, leading up to then, will be marked by a tremendous transition, bringing seemingly enormous challenges, but simultaneously offering a unique opportunity to question everything that is not based on a fundamental physical law of the universe. Like many other things, the way we design, use, and dispose of our buildings will adapt to the new framework conditions. Structural design theory, on the other hand, is based on the basic physical laws of mechanics. From the material, through the construction process, to the building: for centuries, the locally accessible construction material and available artisans with their technical means and skills, in interplay with the local climate conditions, defined how buildings were constructed. Established knowledge of material properties, structural mechanics, and the relationships and interaction between them will remain valid and continue to constitute the backbone of structural design. Ideas, concepts, and utopias for a new generation of load-bearing structures can emerge on this basis.
 

Professur für Tragwerksentwurf

Prof. Dr. Jacqueline Pauli
Stefano-Franscini-Platz 1
8093 Zürich
Switzerland

assistenz.*pauli@arch.*ethz.*ch

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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

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Ob im Berufsleben oder im Alltag, wir sind ständig von Materialien umgeben. Dennoch wissen wir oft nicht, woher sie stammen, welche Arbeitsschritte zu ihrer Herstellung notwendig sind und welcher Energieaufwand damit verbunden ist. Im Rahmen dieser Seminarreise möchten wir einen Blick hinter die Kulissen werfen und uns mit den Herstellungsprozessen von Stahl befassen.

Die Seminarreise führt uns zu den östlichen Nachbarn, der Alpenrepublik Österreich, einem der letzten Länder Europas, in dem noch Erz abgebaut wird. Neben der geografischen Nähe zur Schweiz, die eine unkomplizierte Zugreise ermöglicht, wurde in Österreich das «LD-Verfahren» entwickelt, nach dem 72 % der weltweiten Rohstahlproduktion hergestellt werden. Das Verfahren ist nach den österreichischen Stahlwerken Linz (Oberösterreich) und Donawitz (Steiermark) benannt, deren Ingenieure den Prozess entwickelt haben. Diese Stahlwerke werden wir im Rahmen der Seminarreise selbstverständlich besuchen. Wir beginnen mit dem Erzabbau am Erzberg in Eisenerz. (Laut einer Sage fingen Bewohner nahe dem Leopoldsteiner See einen Wassermann. Um seine Freiheit zu erlangen, bot er ihnen „Gold für zehn Jahre, Silber für hundert Jahre oder Eisen für immerdar“ an. Die klugen Eisenerzer sollen sich für letzteres entschieden haben, woraufhin der Wassermann ihnen den Erzberg zeigte.). Am zweiten Tag erhalten wir einen Vortrag von Herrn Prof. Christian Bernhard von der Montanuniversität Leoben, der uns in die Welt der Mineralien und des Eisens einführt. Es folgen Besuche in den Hochöfen und Walzwerken in Donawitz, dem weltweit modernsten Edelstahlwerk in Kapfenberg und als krönender Abschluss der Hauptsitz der Stahlfirma «Voestalpine» in Linz. Dazwischen besuchen wir lokale Museen, darunter die historische Hochofenanlage «Radwerk IV» in Vordernberg.

Damit uns die Hitze der Stahlöfen nicht die Köpfe zum Schmelzen bringt, machen wir in der Mitte der Woche einen Tagesausflug nach Graz. Dort widmen wir uns dem Zusammenhang zwischen der Stahlindustrie und der Architekturszene, insbesondere mit Blick auf die «Grazer Schule», zu der wir einen Vortrag von Herrn Prof. Anselm Wagner hören werden. Darüber hinaus möchten wir nicht unerwähnt lassen, welche sozialen Auswirkungen die Stahlproduktion für die Arbeitenden, Städte und Regionen hatte. Auch hierzu erwartet uns ein Vortrag von Herrn Prof. Bernhard Reismann. Abschließend machen wir einen Stadtrundgang durch Graz, um das Gehörte in der Realität zu erleben. Danach fahren wir mit dem Zug nach Linz.
Die Seminarreise endet am Freitag mit einem Stadtrundgang durch Linz, der sich auf die Beziehung zwischen Industrie und Stadt sowie deren Transformation und Wandel konzentriert. Zum Abschluss hoffen wir, dass noch Zeit für eine echte Linzer Torte bleibt.

Ziel der Seminarreise ist es, den Herstellungsprozess von Stahl näherzubringen – vom Rohstoff Erz über die Verarbeitung bis hin zum Endprodukt und dessen Wiederverwendung. Durch das unmittelbare Erleben des Produktionsprozesses und des damit verbundenen Energieaufwands soll ein Bewusstsein für den Energieverbrauch und die Ökobilanz entwickelt werden, um den Baustoff Stahl besser und bewusster wertschätzen zu können.

Informationen:
Die Kosten beinhalten Anreise, Weiterreise, Unterkunft inkl. Frühstück, Bus vor Ort, Führungen, Reader, einige Mittag- und Abendessen; exkl. individuelle Abreise.
Begleitet wird die Seminarwoche von Prof. Jacqueline Pauli. Assistenz: Bartosz Bukowski und Stefan Jos (Organisation)

Current members of the Chair of Structural Design:

• Prof. Dr. Jacqueline Pauli
• Dr. Federico Bertagna
• Dr. Lluis Ernique Monzo
• Dr. Ioannis Mirtsopoulos
• Dr. Yasaman Yavaribajestani
• Bartosz Bukowski
• Michele Capelli
• Simon Eisenlohr
• Philine Euler-Rolle
• Ursula Jaray
• Stefan Jos
• Leo Kleine
• Juan Orjuela Sepulveda
• Natalia Pieroni

Former members of the chair:

• Dr. Davide Tanadini
• Linus Schmitz

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 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.

After a successful completion of the course, students will be able to:

1. Critically evaluate structural design concepts with respect to their ability to support and strengthen architectural concepts
2. Identify the most relevant design parameters and performance criteria for a given design task and select adequate tools to effectively integrate them as part of the design process
3. Conduct design explorations in compliance with structural, spatial, and environmental design aspects simultaneously

3 ECTS

Graded semester performance

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.

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 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