Situiert im Kontext bio-inspirierter nachgiebiger Mechanismen für architektonische Anwendungen und adaptive Gebäudehüllen setzt sich diese Arbeit das Ziel, ein Rahmenkonzept für Design und Fertigung von bio-inspirierten nachgiebigen Faltmechanismen, die durch flexible Gelenkzonen ermöglicht werden, zu entwickeln. Dies beinhaltet einen methodischen Entwurfsansatz, bestehend aus der Abstraktion und Klassifizierung von biologischen Faltmechanismen, sowie einen sequenziellen Abstraktionsprozess der zugrundeliegenden Wirkprinzipien hinsichtlich deren kinetischen Verhaltens, Materialisierung und Aktuierung. Darüber hinaus wurde die geometrische Anpassungsfähigkeit der untersuchten Faltmechanismen evaluiert, insbesondere in Bezug auf die Anwendbarkeit auf verschiedene Tessellierungen für doppelt gekrümmte Flächen. Die gewonnenen Erkenntnisse bildeten die Grundlage für die Entwicklung einer Reihe von technischen Anwendungen auf Demonstrator-Ebene. Die funktionalen Fallstudien dienen nicht nur als Basis, um das etablierte Rahmenkonzept zu testen und zu evaluieren, sondern auch um verschiedene Fertigungs- und Materialisierungsstrategien, sowie aktiv gesteuerte Aktuierungsprinzipien zu definieren, zu testen und zu bewerten. Die ersten Kapitel bieten eine Kontextualisierung des Themas innerhalb des größeren Architekturdiskurses und geben einen Überblick über den Hintergrund, der die präsentierte Forschung beeinflusst hat, einschließlich bionischer Architektur, nachgiebiger Mechanismen und geeigneter Materialien. Dieser Teil der Arbeit schließt mit einer Darstellung aktueller Forschungsherausforderungen im Bereich kinetischer und adaptiver Gebäudehüllen und stellt eine Reihe von Projekten nach dem Stand der Technik vor.Kapitel drei enthält die Veröffentlichungen über die Entwicklung der vier Demonstratorprojekte Flectofold, Flexafold, Arch(k)inetic und den ITECH Forschungsdemonstrator 2018-19, sowie relevante Untersuchungen, welche die Grundlage für diese Arbeit zum Thema bio-inspirierte nachgiebige Faltmechanismen bildeten. Kapitel vier und fünf schließen die Arbeit mit einer Zusammenfassung und kritischen Reflexion der Ergebnisse sowie der Diskussion möglicher zukünftiger Entwicklungen im Bereich nachgiebiger Mechanismen für adaptive Gebäudehüllen ab.

Changes in the building industry are required regarding the current challenges. Design methods, building systems as well as fabrication processes need to be rethought to reach sustainable solutions. Integrative design methods allow for comprehensive solutions that consider several disciplines from the early design phase. Timber, as a renewable resource allows for sustainable building systems and digital fabrication. The aim of this thesis is the integration of structural requirements and simulation in the early design phase of multi-storey timber construction. The developments are divided into the design methods, the timber building system as well as their application and evaluation. The methods are differentiated between feedback-based and structurally informed design methods. The building system design is based on the iterative synthesis of developments for the cross-section, the connections and the arrangement of the system elements considering architectural, engineering and fabrication requirements. Two timber building systems, one solid and one hollow, are developed and compared. The methodology is applied and evaluated through the design of a building demonstrator. The first two chapters of the thesis explain the motivation and challenges and situate the research within the context of integrated structural design and multi-storey timber construction. The third chapter contains the publications about the methodology and systems and their application and evaluation. Chapter four and five summarize the research, draw conclusions from the developments and provide an outlook for future research within the context of integrative structural design in multi-storey timber construction.