De beeldhouwer Aimé De Martelaere en diens schoonvader Georges Brewaeys geven Braem in juli 1948 opdracht twee aanpalende rijwoningen te ontwerpen in de nieuwe wijk Venneborg in Deurne-Noord. De gezinswoning van de kunstenaar moet een woonkamer, drie slaapkamers en een badkamer omvatten, en verder ruimte bieden aan een toonzaal en een atelier voor beeldhouwwerk van klein formaat. Voor de grote sculpturen wil De Martelaere zelf een afzonderlijk atelier optrekken in de tuin. Hiertoe dient het pand van de schoonouders te worden opgebouwd rond een hoge open doorgang, met een minimaal appartement op de bovenverdieping. Zoals bij de Nationale Werf van Antwerpen twee jaar voordien, werkt Braem voor dit project opnieuw samen met zijn schoonbroer Jules De Roover. Voor het eerst dient hij zich bij het ontwerp te richten naar de normen van de wet-De Taeye, een premiestelsel ter bevordering van de privéwoningbouw dat sinds 29 mei 1948 van kracht is. Ondanks deze beperkingen, een bescheiden budget en een compact bouwvolume, stelt deze opdracht hem toch in staat een grotere ruimtelijke vrijheid te ontwikkelen dan in de eerder klassieke rijwoningen van de jaren voordien. Ook in latere ontwerpen voor rijwoningen en landhuizen zal hij als een van de weinigen op een creatieve wijze invulling geven aan de wet-De Taeye, waarvan hij de behoudende reflex ook in geschriften en spotprenten bestrijdt. Een eerste voorontwerp krijgt nog hetzelfde jaar de goedkeuring van de opdrachtgevers, de definitieve plannen volgen begin 1949. Beide woningen worden gelijktijdig in de loop van dat jaar opgetrokken en begin 1950 afgewerkt. Voor het atelier in de tuin, dat De Martelaere in 1950 naar eigen ontwerp en zonder vergunning was beginnen te bouwen, wordt in 1951 een bouwaanvraag ingediend door architect Arnold Müller. Enkele jaren later geeft Braem de beeldhouwer opdracht voor een gedenkzuil naar aanleiding van de voltooiing van de sociale woonwijk op het Kiel, die in 1958 wordt onthuld.

De dubbelwoning De Martelaere-Brewaeys wordt uit 61 inzendingen bekroond met een Tweede Vermelding in de Prijs Van de Ven 1951. Als enige zuiver modernistische van de uitverkoren ontwerpen, moet Braem het in deze omstreden editie afleggen tegen de twee regionalistische landhuizen van Leo Beeck en Paul-Jean Devos. Braem zendt de dubbelwoning in 1953 ook in voor de eerste 'Antwerpse Houtprijs', georganiseerd door de Antwerpse afdeling van het Nationaal Houtvoorlichtingsbureau, maar ook hier domineert het regionalistische woningtype het palmares.

In de voorbereidende schetsen lijkt Braem voor de kunstenaarswoning aanvankelijk een expressieve gevelopbouw na te streven met integratie van beeldhouwwerk. Zowel een rasterstructuur met een contrasterende vlakverdeling, of een meer plastische combinatie van een paraboolboog en een piramidale erker duiken daarbij op. Naarmate hij beide woningen als een eenheid begint te benaderen, wordt de gevelopbouw in het voorontwerp herleid tot een beglaasde skeletstructuur, waaruit uiteindelijk ook het beeldhouwwerk is verdwenen. Dit schema beantwoordt nog aan een strakke orthogonale indeling van het interieur, met een gemeenschappelijke inkom- en traphal. Bij de verdere uitwerking van het ontwerp laat hij zich, althans voor de woonkamer van het kunstenaarshuis, leiden door een meer organische benadering van de ruimte, die in functionele zones wordt opgedeeld via niveauverschillen. Het verplaatsen van de open doorgang van de zijtravee naar het midden versterkt de opdeling van beide woningen. Door het kleine atelier in het souterrain van de kunstenaarswoning te integreren worden ook de niveaus gedifferentieerd. Zowel de voor- als de achtergevel krijgt opnieuw een plastisch accent door de introductie van een prismatische erker en een schuin gerichte picture window met luifel. Aanleiding hiervoor is het optimaliseren van de lichtinval op dit oost-westelijk georiënteerd perceel en van het uitzicht op het open landschap van het kasteeldomein Ertbrugge aan de straatkant. Braem voorziet de erker aanvankelijk dan ook van een overstek van 1,25 meter, maar moet dit op last van de gemeente terugbrengen tot 30 centimeter. Opmerkelijk is hoe de zeshoekige basisvorm van de erker wordt doorgetrokken in de indeling van het interieur, en zo via schuine vlakken de dynamiek van de ruimte bepaalt. De zitkamer en de verdiepte cosy corner met een open haard en zitbanken bevinden zich aan de straatzijde. Aan de tuinzijde wordt de eethoek van de keuken gescheiden door een kastenwand, en begrensd door een breukstenen wand die doorloopt in het terras. Braem levert nog het ontwerp voor een wandmeubel dat uit casiers en een schrijftafel bestaat. De Martelaere zelf vervaardigt de open trap met gebruik van rondhout. De structuur van het gebouw wordt nadrukkelijk in de compositie en het materiaalgebruik van de gevel vertaald, met dragende scheimuren in roomkleurige gevelsteen, overspanningen in gebouchardeerd zichtbeton en witgelakte houten blokramen met kalungihout in de borstwering. Dit geldt eveneens voor het interieur, waar wordt afgezien van bepleistering, enerzijds om budgettaire redenen en anderzijds om de textuur van de materialen in de wandopbouw te accentueren. Beide woningen vormen vandaag één eigendom.