Wangen塔 | ICD + IntCDC | 2024 | 德国

Wangen塔 | ICD + IntCDC | 2024 | 德国

Wangen塔位于美丽的Allgäu西部，是2024年Landesgartenschau打造的标志性地标和先锋木结构。斯图加特大学的“建筑综合计算设计和施工 (IntCDC)”对此进行了研究。这座高塔是第一座采用自成型结构木材组建进行分步搭建的结构。塔楼采用的独特木结构证明了天然可再生、取材当地、区与制造和节约型建筑结构的可行性，这些可行性均是通过综合的科学研究方法、材料明确的计算、数字制造和专业工艺共同得出的结果。

▽项目概览© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

地标建筑和先锋木结构
这座高塔已经为当地的地标，是一座富有表现力的木构建筑，呼应了Argen山谷的Landesgartenschau区域和周围连绵起伏的丘陵地带。塔身入口从三个不同方向优雅地打开，吸引人们一探究竟。面向Argen河流和相邻的冰碛丘柔和的轮廓，冰碛丘是一座由冰川形成的山丘，代表了当地前阿尔卑斯山冰川期的历史。在塔身内部，来访者能狗通过螺旋状的木结构来到上方的通透观景台，这里为人们提供了独特的视觉体验。当人们走到113级台阶顶部，能狗更加真切地从视觉和触觉上感受到塔身的木质结构。弯曲的木结构表面上光影交错，螺旋上升，顶部的视野也令人叹为观止。高塔弯曲的结构，在视觉上结合了不同历史文化和景观的特征，能够反映出中世纪小镇Wangen、Argen山谷区和阿尔卑斯山的壮丽景色。

▽结构分析图© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

▽鸟瞰© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart_Nina Baisch

▽远观© Roland Halbe

塔身高23米，是一次开创性的设计，由12个弯曲的交叉层压木材（CLT）组成，每侧结构的横截面都很纤长，仅有130毫米。整座塔的形状与CLT表面的曲率相结合，呈现出一种全新的活性木结构，形成独特的螺旋结构的同时，还能够承受所有决定性的水平风荷载。曲率为木材表面提供了额外的刚度，类似于波纹板那样。楼梯的阶梯由中央脊柱支撑其垂直荷载，在底部逐渐变窄，优雅地承载了更结构部件之间的精确荷载分布。设计者从项目伊始就保持了材料整合和制造约束计算，使得这座永久性的大楼能够以最先进的设计和高精度的建造最终落成。毫米级别的精确预制和精密铣削的连接细节保证了项目在现场仅用三天时间就搭建完成，同时还无缝搭建了钢制楼梯、玻璃天窗和观景台。高性能、高效资源的木结构为项目带来了独特的建筑表现力和鲜明的轮廓。

▽塔身曲率分析© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

▽CLT板分析© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

▽顶视© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart_Nina Baisch

▽仰视塔身© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart_Nina Baisch

预测和生产自成型木材部件
Wangen塔的顶部设有观景台，这是第一座使用弯曲组件打造的多层建筑，设计者根据这些弯曲门木质组件受潮收缩产生的大规模自成型制造而成。通常情况下，木结构建筑是不希望出现受潮收缩和变形情况的，但是，因为云杉球果会随着环境的干湿程度而改变其鳞片的形状，受到这个生物学案例的启发，设计者将其原理运用于控制弯曲木材组件之中。在本项目中，木结构中的水分在标准工业干燥过程中降低，根据其特性能够精确收缩其形状到计算预定的目标曲率。

▽结构元件© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

▽塔身全貌© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart_Nina Baisch,Roland Halbe

项目使用的自成型交叉层压木材（CLT）组件取材于当地，这种双层板被生产为平板样式，每块平板由30毫米厚的“活动”层和交叉层的10毫米“限制”层组成。与典型的工业木材生产相反，这种木板是在轻微风干后进行加工。其中，含水量较高的“活动”层在平板真空压机中层被压到“限制”层上，压层之后，平板还会经历受控的窑干过程，其中活动层沿着垂直于木材纤维方向收缩，这样能够准备地将面板按照预测的形状进行弯曲。三块自成型板与10毫米薄的弹性弯曲锁定层相互堆叠和层压，最终形成了稳定且精确弯曲的130毫米CLT面板。

▽剖透视效果图© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

▽入口处© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

注重材料、节约资源的木结构建筑
为了充分利用CLT面板的曲率，和资源高效、形式灵活的木结构，设计者综合运用了材料计算和精确的数字预制手法。这些木材之间的连接一句了数字模型，设计者通过CNC铣削精确的实现。塔身12个23米长的结构段都是由独立的CLT构件组成，这些组件采用了5轴CNC的切割方式，能够将各个材料精准地连接在一起，以保证每个方向的受力；CLT元件的连续性也使横截面的尺寸保持恒定。衔接的位置和形状都经过了精准的计算，以满足结构标准和建造限制，同时也能最大限度地减少切屑总量。

▽塔内楼梯© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart,ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart_Nina Baisch

▽塔内仰视© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

▽楼梯与塔身近景© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart_Nina Baisch

▽楼梯细部© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

12个塔身组件预先在工厂中成对组装，这样能够节省在现场的施工时间。链接CLT结构和楼梯的钢制连接组件，和立面上168块单独的落叶松板大部分也在工厂进行了预安装。各类塔组件在现场仅用3天时间就安装完毕，并被安置在有再生混凝土和低碳水泥基座上，支撑着内部的楼梯和观景平台。螺旋楼梯的各个部分和跨度为7米的观景平台都是从上方置入塔内的。

▽工厂预组装© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

▽运送至场地© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

▽现场安装© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart_Christoph Morlok

本项目以其独特的外观和创新的结构设计实现了传统木材的现代化表达，既展示了综合利用科学研究方案、材料计算设计、数字预制和专业工艺对自然可再生的拓展，又实现了本地采购、区与制造以及资源节约型木材建筑的设计目标。

▽总平面图© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

▽平面图© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

▽立面图© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

▽剖面图© ICD_ITKE_IntCDC_University of Stuttgart

PROJECT PARTNERS
Cluster of Excellence IntCDC – Integrative Computational Design and Construction for Architecture,.
Institute for Computational Design and Construction (ICD)
Prof. Achim Menges, Martin Alvarez, Monika Göbel, Laura Kiesewetter, David Stieler, Dr. Dylan Wood
with support of: Gonzalo Muñoz Guerrero, Alina Turean, Aaron Wagner
Institute of Building Structures and Structural Design (ITKE)
Prof. Dr. Jan Knippers, Gregor Neubauer
Blumer-Lehmann AG
Katharina Lehmann, David Riggenbach, Jan Gantenbein
with Biedenkapp Stahlbau GmbH
Markus Reischmann, Frank Jahr
Stadt Wangen im Allgäu
Landesgartenschau Wangen im Allgäu 2024 GmbH
PROJECT COLLABORATIONS
Scientific Collaboration:
Chair of Forest Utilization, Prof. Dr. Markus Rüggeberg, TU Dresden
Further Consulting Engineers:
wbm Beratende Ingenieure
Dipl.-Ing. Dietmar Weber, Dipl.-Ing. (FH) Daniel Boneberg
Collins+Knieps Vermessungsingenieure
Frank Collins
Schöne Neue Welt Ingenieure GbR
Florian Scheible, Andreas Otto
lohrer.hochrein Landschaftsarchitekten DBLA
Building Approval:
Checking Engineer: Prof. Hans Joachim Blaß, Karlsruhe
Approval: MPA Stuttgart, Dr. Gerhard Dill Langer, Prof. Dr. Philipp Grönquist
Construction Collaboration for Foundation
Fischbach Bauunternehmen
PROJECT SUPPORT:
DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft
Zukunft Bau – Bundesministerium für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen / BBSR
PROJECT DATA:
Height: approximately 23m
Footprint: approximately 50m²
Diameter of viewing platform: 5.6m
Foundation: shallow foundation made from recycled concrete and CO2-reduced cement
Timber structure: twelve curved cross-laminated timber panels with 130mm thickness and a total surface area of 360m²
Viewing platform: Hot-dip galvanised steel structure with glass panels.
Stair: Hot-dip galvanised steel spiral staircase with 113 steps
Assembly time of the load-bearing timber structure: 3 days
Total design, certification and construction time: 1 year
Client: City of Wangen im Allgäu

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