Wangen Tower is the first multi-level and climbable structure to use self-shaped, structural timber components. The tower’s design and build is based on research from the Cluster of Excellence “Integrative Computational Design and Construction for Architecture” (IntCDC) at the University of Stuttgart. The tower was created as an architectural landmark and a pioneering timber structure for the Landesgartenschau 2024 (this large-scale, annual horticultural show takes place in different regions of Germany — the 2024 edition is in western Allgäu).
Wangen Tower connects the Landesgartenschau site in the Argen valley with the surrounding landscape. On the ground floor, the tower’s three entrances unfold between the timber surfaces in three directions, creating an inviting space for curious minds. Inside, as visitors climb the 113 steps of a steel spiral staircase, there is a sensorial connection with the materiality of the tower’s timber construction. On the viewing platform — a steel structure with glass panels — visitors are afforded views across the medieval town of Wangen im Allgäu and the Argen valley, and towards the Alps.
Une structure en bois d'avant-garde
La tour de 23 mètres de haut (75 pieds de haut) comprend douze longs segments structurels - chaque segment est constitué de trois éléments individuels en bois lamellé-croisé (CLT). Ces éléments sont usinés par CNC à 5 axes - ce qui permet une précision accrue - et assemblés à l'aide d'un joint à recouvrement mono-matériau nouvellement mis au point. Cela permet de "transmettre les forces dans toutes les directions, en créant des éléments CLT continus tout en conservant des dimensions transversales constantes", explique IntCDC.
La forme hélicoïdale de la tour et la courbure de ses surfaces en CLT créent une nouvelle structure en bois à surface active capable de résister aux charges horizontales du vent. "La courbure confère une rigidité supplémentaire à la surface du bois, semblable à celle d'une feuille ondulée", explique IntCDC. "La colonne centrale de l'escalier supporte les charges vives verticales [le poids des personnes] sur les marches et met élégamment en évidence la répartition précise des charges entre les différents composants structurels en se rétrécissant à la base."
Conception computationnelle
La tour Wangen est un bâtiment de recherche permanent dont la conception et la construction ont été déterminées par des stratégies de conception computationnelle utilisées pour intégrer le comportement des matériaux et les contraintes de fabrication. Le professeur Jan Knippers, directeur de l'Institut des structures de bâtiments et de la conception structurelle de l'université de Stuttgart, explique : "L'innovation dans la construction en bois est rendue possible par une approche intégrée de la conception des matériaux et des contraintes de fabrication : "L'innovation dans la construction en bois est rendue possible par une approche intégrée de la recherche scientifique, de la conception informatique fondée sur les matériaux, de la fabrication numérique et de l'expertise artisanale. La tour Wangen a été conçue, certifiée et construite en un an. Une préfabrication méticuleuse - avec une précision au millimètre près et des détails de connexion en bois fraisés par CNC - a permis d'achever l'assemblage de la tour sur site en seulement trois jours.
Bois auto-formé
Les éléments en bois courbés de la tour Wangen sont basés sur la fabrication à grande échelle et l'auto-formage qui découlent de la rétraction du bois due à l'humidité. "Généralement, le retrait et la déformation induits par l'humidité sont considérés comme indésirables dans la construction en bois", explique IntCDC. "Toutefois, en s'inspirant d'exemples biologiques, comme le cône d'épicéa qui réagit aux variations du taux d'humidité ambiante en modifiant la forme de ses écailles, des principes similaires peuvent être appliqués pour contrôler l'auto-formation des éléments en bois courbés." Les éléments en bois courbés de la tour sont dérivés d'une courbure cible prédéterminée par calcul, déterminée par le rétrécissement caractéristique du bois au cours d'un processus de séchage industriel standard.
Éléments auto-formés en préparation pour le collage du CLT :
Collage par presse à vis du joint de recouvrement entre les éléments CLT :
Un segment brut complet de la tour :
Pré-installation de la façade en mélèze :
Segments de la tour dans une housse de protection, prêts à être transportés :
Une paire de segments de tour est transportée sur le site :
Les éléments en CLT auto-formés de la tour sont fabriqués à partir d'épicéa d'origine locale. L'IntCDC explique le processus d'auto-formage :
Les plaques bicouches auto-formées sont conçues et produites sous forme de panneaux plats, chacun composé d'une couche "active" de 30 millimètres d'épaisseur et d'une couche "restrictive" de 10 millimètres d'épaisseur en lamelles croisées. Les planches de bois sont traitées après un léger séchage à l'air et la couche "active", dont le taux d'humidité est plus élevé, est stratifiée sur la couche restrictive dans une presse plate sous vide.
Après le laminage, les plaques plates subissent un processus de séchage au four contrôlé au cours duquel la couche active se rétracte perpendiculairement à la direction des fibres de ses panneaux, ce qui permet de donner aux panneaux la forme incurvée prévue.
Trois plaques bicouches auto-formées et une couche de verrouillage élastiquement pliée de 10 millimètres d'épaisseur sont empilées et laminées pour créer un panneau CLT final de 130 millimètres d'épaisseur, stable sur le plan dimensionnel et courbé avec précision".
Assemblage
Les douze longs segments structurels ont été pré-assemblés par lots de deux, ce qui a permis de réduire le temps de construction sur site (à trois jours). Les connecteurs en acier (entre la structure CLT et l'escalier) et la majorité des 168 panneaux de mélèze de la façade ont été prémontés en usine. Les composants de la tour ont été installés sur place, sur une fondation peu profonde faite de béton recyclé et de ciment à teneur réduite en CO2. L'escalier en colimaçon et la plate-forme d'observation ont été insérés dans la tour par le haut.
Erection des deux premières paires de segments de tour sur le site :
Construction de la structure porteuse en CLT de la tour Wangen :
Installation de la plate-forme d'observation :
"L'expression distinctive de la structure en bois unique de la tour témoigne des possibilités de conception latentes de l'architecture en bois naturellement renouvelable, d'origine locale, fabriquée dans la région et efficace en termes de ressources", a déclaré le professeur Achim Menges, directeur du pôle d'excellence IntCDC.
Détails de la tour de Wangen
Hauteur : environ 23 mètres (75 pieds)
Surface au sol : 50 mètres carrés (538 pieds carrés)
Diamètre de la tour d'observation : 5,6 mètres (18 pieds)
Fondation : béton recyclé avec du ciment à teneur réduite en CO2
Structure en bois : douze panneaux CLT incurvés d'une épaisseur de 130 millimètres et d'une surface totale de 360 mètres carrés (3 875 pieds carrés).
Escalier : escalier en colimaçon en acier galvanisé à chaud de 113 marches.
Plate-forme d'observation : structure en acier galvanisé à chaud avec panneaux de verre.
Partenaires du projet
Pôle d'excellence IntCDC - Integrative Computational Design and Construction for Architecture, Université de Stuttgart
Institut pour la conception et la construction computationnelles (ICD) : Achim Menges, Martin Alvarez, Monika Göbel, Laura Kiesewetter, David Stieler, et Dr. Dylan Wood, avec le soutien de Gonzalo Muñoz Guerrero, Alina Turean, et Aaron Wagner.
Institut des structures de bâtiments et de la conception structurelle (ITKE) : Jan Knippers et Gregor Neubauer
Blumer-Lehmann AG : Katharina Lehmann, David Riggenbach et Jan Gantenbein
Biedenkapp Stahlbau GmbH : Markus Reischmann et Frank Jahr
Ville de Wangen im Allgäu - Landesgartenschau Wangen im Allgäu 2024 GmbH
