Het ontwerp van gebouw(schil)onderdelen en -systemen is een proces waarbij vele verschillende aspecten (structurele prestaties, bouwfysische eigenschappen, duurzaamheid, etc.) aan te pas komen. De gebouwschil vormt namelijk de fysieke scheiding tussen de binnen- en buitenomgeving. In vele gevallen worden deze vakspecifieke disciplines nog te veel afzonderlijk beschouwd. Hierbij worden bijvoorbeeld de structurele prestaties geoptimaliseerd, en worden de thermische eisen pas in tweede fase bekeken. Een benadering waarbij deze aspecten tijdens het ontwerp gelijktijdig kunnen worden geoptimaliseerd, zou een grote meerwaarde kunnen betekenen. Het kan de snelheid van het ontwerpproces en tegelijkertijd de efficiëntie van het onderdeel verhogen. Dit doctoraatsonderzoek trachtte het ontwerpproces te optimaliseren door het bestuderen van bestaande en het ontwikkelen van vernieuwende wiskundige ontwerptechnieken. De basisalgoritmen die hiervoor gebruikt werden zijn grotendeels gebaseerd op vorm- en topologie-optimalisatiemethoden. In dit werk werden de algoritmes theoretisch uitgewerkt, maar ook hun toepassingen en voordelen ten opzichte van de klassieke ontwerpmethoden in een bouwkundig ontwerpproces werden gedemonstreerd. Hierbij werd ook rekening gehouden met prille, maar veelbelovende, nieuwe productiemethoden in de bouwsector, zoals 3D (beton)printen.