Wangen Tower is de eerste zelfgevormde houten constructie die uit meerdere verdiepingen bestaat en beklommen kan worden. Het ontwerp en de bouw van de toren zijn gebaseerd op onderzoek van het kenniscluster "Integrative Computational Design and Construction for Architecture" (IntCDC) van de universiteit van Stuttgart. De toren is gemaakt als een architectonisch herkenningspunt en een baanbrekende houten constructie voor de Landesgartenschau 2024 (deze grootschalige, jaarlijkse tuinbouwshow vindt plaats in verschillende regio's van Duitsland - de editie van 2024 is in het westen van Allgäu).
De Wangen Tower verbindt de locatie van de Landesgartenschau in de vallei van Argen met het omringende landschap. Op de begane grond ontvouwen de drie ingangen van de toren zich tussen de houten oppervlakken in drie richtingen en creëren zo een uitnodigende ruimte voor nieuwsgierige geesten. Als bezoekers binnen de 113 treden van een stalen wenteltrap beklimmen, is er een zintuiglijke verbinding met de materialiteit van de houten constructie van de toren. Op het uitkijkplatform - een stalen constructie met glazen panelen - hebben bezoekers uitzicht over de middeleeuwse stad Wangen im Allgäu en de Argenvallei, en in de richting van de Alpen.
Een baanbrekende houten constructie
De 23 meter hoge toren bestaat uit twaalf lange constructiesegmenten - elk segment is gemaakt van drie afzonderlijke CLT-elementen (cross-laminated timber). Deze elementen zijn 5-assig CNC-verspanend - voor een grotere nauwkeurigheid en precisie - en verbonden met behulp van een nieuw ontwikkelde overlapverbinding van monomateriaal. Hierdoor "worden krachten in alle richtingen overgebracht, waardoor continue CLT-elementen ontstaan met behoud van constante afmetingen van de dwarsdoorsnede", aldus IntCDC.
De spiraalvormige vorm van de toren en de kromming van de CLT-oppervlakken creëren een nieuwe oppervlakteactieve houtconstructie die bestand is tegen horizontale windbelasting. "De kromming zorgt voor extra stijfheid van het houten oppervlak, vergelijkbaar met een golfplaat," legt IntCDC uit. "De centrale ruggengraat van de trap ondersteunt de verticale levende belasting [het gewicht van mensen] op de treden en benadrukt op elegante wijze de precieze verdeling van de belasting over de verschillende structurele onderdelen door taps toe te lopen aan de basis."
Computationeel ontwerp
Wangen Tower is een permanent onderzoeksgebouw waarvan het ontwerp en de constructie werden bepaald door computationele ontwerpstrategieën die werden gebruikt om materiaalgedrag en fabricagebeperkingen te integreren. Professor Jan Knippers, hoofd van het Instituut voor Bouwconstructies en Constructief Ontwerp aan de Universiteit van Stuttgart, legt uit: "De innovatie in houtbouw wordt mogelijk gemaakt door een integratieve benadering van wetenschappelijk onderzoek, materieel onderbouwd computationeel ontwerp, digitale fabricage en deskundig vakmanschap." Wangen Tower werd in de loop van een jaar ontworpen, gecertificeerd en gebouwd. Zorgvuldige prefabricage - met millimeternauwkeurigheid en CNC-gefreesde houten verbindingsdetails - zorgde ervoor dat de assemblage van de toren op locatie in slechts drie dagen werd voltooid.
Zelfvormend hout
De gebogen houten onderdelen van Wangen Tower zijn gebaseerd op de grootschalige, zelfvormende fabricage die ontstaat door het krimpen van hout als gevolg van vocht. "Normaal gesproken wordt krimp en vervorming door vocht als ongewenst beschouwd in de houtbouw," zegt IntCDC. "Geïnspireerd door biologische voorbeelden, zoals de vurenhouten kegel die reageert op veranderende luchtvochtigheidsniveaus met een vormverandering van zijn schubben, kunnen soortgelijke principes worden toegepast om het zelfvormen van gebogen houten onderdelen te controleren." De gebogen houten elementen van de toren zijn afgeleid van een computationeel vooraf bepaalde doelkromming, aangestuurd door de karakteristieke krimp van hout tijdens een standaard industrieel droogproces.
Zelfgevormde elementen ter voorbereiding op het lijmen van CLT:
Schroefpersverlijming van de overlapverbinding tussen CLT-onderdelen:
Een compleet onbewerkt segment van de toren:
Pre-installatie van de lariks gevel:
Torensegmenten in een beschermende hoes, klaar voor transport:
Een paar torensegmenten worden naar de bouwplaats vervoerd:
De zelfgevormde CLT-onderdelen van de toren zijn gemaakt van lokaal gewonnen vurenhout. IntCDC legt het zelfvormproces uit:
"Zelfvormende dubbellaagse platen worden ontworpen en geproduceerd als vlakke panelen, elk bestaande uit een 30 millimeter dikke 'actieve' laag en een kruislings gelamineerde 10 millimeter dunne 'beperkende' laag. De houten platen worden na een lichte luchtdroging verwerkt en de 'actieve' laag, met een hoger vochtgehalte, wordt in een vlakke vacuümpers op de beperkende laag gelamineerd.
Na het lamineren ondergaan de vlakke platen een gecontroleerd droogproces in de oven waarbij de actieve laag loodrecht op de vezelrichting van de platen krimpt, waardoor de platen effectief hun voorspelde gebogen vorm krijgen.
Drie zelfgevormde dubbellaagse platen en een 10 millimeter dunne elastisch gebogen sluitlaag worden gestapeld en gelamineerd om een uiteindelijk dimensionaal stabiel en nauwkeurig gebogen 130 millimeter dun CLT-paneel te creëren."
Montage
De twaalf lange structuursegmenten werden voorgemonteerd in sets van twee, waardoor de bouwtijd op locatie tot een minimum werd beperkt (tot drie dagen). Stalen verbindingsstukken (tussen de CLT-structuur en de trap) en het merendeel van de 168 individueel bewerkte lariks panelen van de gevel werden vooraf in de fabriek gemonteerd. De onderdelen van de toren werden ter plekke geïnstalleerd op een ondiepe fundering van gerecycled beton met CO2-reducerend cement. De wenteltrap en het uitkijkplatform werden van bovenaf in de toren geplaatst.
Bouw van de eerste twee paar torensegmenten op locatie:
Bouw van de dragende CLT-structuur van de Wangen Tower:
Installatie van het uitzichtplatform:
"De opvallende expressie van de unieke houtstructuur van de toren is een bewijs van de latente ontwerpmogelijkheden van natuurlijk hernieuwbare, lokaal gewonnen, regionaal geproduceerde en grondstofzuinige houtarchitectuur," zegt professor Achim Menges, directeur van het Cluster of Excellence IntCDC.
Wangen Tower details
Hoogte: ongeveer 23 meter
Voetafdruk: 50 vierkante meter
Diameter uitkijktoren: 5,6 meter (18 voet)
Fundering: gerecycled beton met CO2 gereduceerd cement
Houtstructuur: twaalf gebogen CLT-panelen met een dikte van 130 millimeter en een totale oppervlakte van 360 vierkante meter
Trap: thermisch verzinkte stalen wenteltrap met 113 treden
Uitkijkplatform: thermisch verzinkte staalconstructie met glazen panelen
Projectpartners
Kenniscluster IntCDC - Integrative Computational Design and Construction for Architecture, Universiteit van Stuttgart
Instituut voor Computationeel Ontwerp en Constructie (ICD): Prof. Achim Menges, Martin Alvarez, Monika Göbel, Laura Kiesewetter, David Stieler en Dr. Dylan Wood, met ondersteuning van Gonzalo Muñoz Guerrero, Alina Turean en Aaron Wagner.
Instituut voor Bouwconstructies en Constructief Ontwerp (ITKE): Prof. Dr. Jan Knippers en Gregor Neubauer
Blumer-Lehmann AG: Katharina Lehmann, David Riggenbach en Jan Gantenbein
Biedenkapp Stahlbau GmbH: Markus Reischmann en Frank Jahr
Stad Wangen im Allgäu - Landesgartenschau Wangen im Allgäu 2024 GmbH
