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

Consultations:
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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 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

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The pavilion on Balladyny Street in Lublin is a prime example of experimental Polish architecture from the 1960s. Designed by Zofia and Oskar Hansen as part of the Słowacki Settlement, the pavilion consists of a series of 4-cm thick concrete hyperbolic paraboloids roofs. The use of such a limited amount of material combined to a tailored construction sequence brought advantages in terms of costs and material use, which can serve as a reference still today. However, such an optimised use of material also resulted in a rather severe deterioration of the structure, which now requires immediate intervention. 

A joint research project between Lublin University of Technology and ETH Zurich, Museum od Housing Estates and Modernism in Lublin Associates aims to assess the building's condition to prepare for its restoration. The objective of this paper is to illustrate the current state of this research project after initial investigations. On site surveys revealed that the failure of its drainage system led to the deterioration of the shells, particularly at the support points and along the girder beams. As the existing technical documentation is incomplete and contains discrepancies compared to the actual structure, new documentation was developed based on 3D scans and site inspections. Both non-destructive and destructive tests were conducted by the authors to evaluate the condition of the structural components. These included thermo-vision scanning, Schmidt hammer testing, microscopic examinations of core samples, and compressive strength testing. 

These preliminary results show that, despite its deteriorated state, the structure can still be repaired, and its cultural and historical heritage can be preserved. In addition to the actual repairing of the structure, this research also serves as pilot project aimed at developing general strategies that can be extended to similar structures in Poland.

A joint research project between Lublin University of Technology and ETH Zurich, Museum od Housing Estates and Modernism in Lublin Associates aims to assess the building's condition to prepare for its restoration. The objective of this paper is to illustrate the current state of this research project after initial investigations. On site surveys revealed that the failure of its drainage system led to the deterioration of the shells, particularly at the support points and along the girder beams. As the existing technical documentation is incomplete and contains discrepancies compared to the actual structure, new documentation was developed based on 3D scans and site inspections. Both non-destructive and destructive tests were conducted by the authors to evaluate the condition of the structural components. These included thermo-vision scanning, Schmidt hammer testing, microscopic examinations of core samples, and compressive strength testing. 

These preliminary results show that, despite its deteriorated state, the structure can still be repaired, and its cultural and historical heritage can be preserved. In addition to the actual repairing of the structure, this research also serves as pilot project aimed at developing general strategies that can be extended to similar structures in Poland.

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