瓦根塔：創新木材建築的地標
瓦根塔（Wangen Tower）位於德國阿爾高地區（Allgäu）西部美麗的景觀中，成為2024年州園藝博覽會（Landesgartenschau）的一個建築地標和開創性的木材結構。這座木塔基於斯圖加特大學卓越集群「建築綜合計算設計與建造（IntCDC，Integrative Computational Design and Construction for Architecture）」的研究，是第一件使用自成型結構木材組件的多層可供人使用建築。
瓦根塔的獨特木材結構，展示了自然可再生、在地砍伐、區域製造和資源高效的木材建築設計潛力，通過科學研究、材料知識驅動的計算設計、數位製造和專業工藝的整合方法得以實現。
瓦根塔的建築特色與結構設計
瓦根塔連接了阿根（Argen）河谷的州園藝博覽會場地與周圍的丘陵景觀，其表現性木材建築構成了一個地標。塔的入口在地面上優雅地展開，創造出一個面向阿根河和鄰近冰川形成的小丘頂部的開放空間。塔內部提供獨特的空間體驗，攀登113級階梯至透明觀景平台，使遊客能夠視覺和觸覺地感受到塔的創新木材結構。塔的曲線上緣展示了各種文化遺址和景觀特徵的視覺連接，框架出瓦根中世紀小鎮和阿根河谷的景色，並帶來阿爾卑斯山的壯麗景觀。
瓦根塔高23米，由12個彎曲的交叉層壓木（CLT）段組成，每段厚度僅130毫米。塔的整體形狀與CLT表面的局部彎曲，形成了一個新穎的表面活性木材結構，能承受所有決定性的水平風荷，並創造出獨特的螺旋輪廓。彎曲提供了額外的剛度，類似於波紋板。樓梯的中心脊柱支撐著階梯上的垂直活荷，並優雅地展示了各種結構組件間精確的負載分佈。計算設計策略從一開始就整合了材料行為和製造限制，是該永久研究建築先進設計和高精度施工的核心。
施工過程
ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart
自成型木材構件的預測與生產
瓦根塔頂部的觀景平台，是第一件使用基於大規模自成型製造的彎曲構件的多層可居住建築。通常，木構建築中的濕度誘發收縮和變形被認為是不利於建築的因素，但受生物例子如雲杉錐的啟發，設計師應用了類似的原則來控制彎曲木材構件的自形成。通過精確的計算預定目標曲率，僅依靠木材在標準工業乾燥過程中含水量降低時的特徵收縮來驅動形狀變化。
使用在地砍伐的雲杉製作自成型交叉層壓木（CLT）構件。自成型雙層板設計為平板，每塊由30毫米厚的「主動」層和10毫米薄的「限制」層組成。這些板在輕微風乾後進行處理，主動層與限制層在平真空壓力下層壓。經過層壓後，平板經過控制的窯乾過程，主動層垂直於纖維方向收縮，將板材有效地成型為預測的彎曲形狀。三個自成型雙層板與10毫米薄的彈性彎曲鎖層堆疊層壓，形成最終穩定且精確彎曲的130毫米厚CLT板。
Diagrams
ICD/ITKE/IntCDC University of Stuttgart
材料驅動的資源高效木材建築
為了利用CLT板的彎曲性構建資源高效的形態活性木材結構，材料知識驅動的計算設計和精確的數位預製被以整合方式使用。創新的木材連接件直接從數位模型中衍生，並使用CNC銑削精確實現。塔的每個23米長的結構段由三個個別的CLT元件組成，這些元件經過5軸CNC切割，並使用新開發的單材料搭接接頭精確連接，以在所有方向傳遞力，同時保持恆定的橫截面尺寸。
在工廠中，12個塔組件預先組裝成兩個一組，這是為了最小化現場施工時間的關鍵步驟。此外，與CLT結構和樓梯接口的鋼連接件，以及大部分168個單獨製作的落葉松面板，在工廠中預先安裝。在現場，塔的組件在三天內安裝在由再生混凝土製成的基礎上，這些混凝土含有減少二氧化碳排放的水泥。最終結構的木材外殼支撐樓梯和觀景平台。螺旋樓梯的段落以及跨度7米的觀景平台從塔頂部插入。
現代木造建築的創新表達
瓦根塔的獨特形態和創新結構，真實地展現了傳統建築材料木材的現代建築表達。它顯示了科學研究、材料知識驅動的計算設計、數位預製和專業工藝的整合方法如何顯著擴展自然可再生、在地砍伐、區域製造和資源高效的木材建築設計空間。
建築圖
作品資訊
作品名稱：Wangen Tower
作品位置：德國 瓦根因阿爾高
作品類型：觀景台、德國建築、公共設施、仿生建築、數位製造、實驗建築、木構、CLT
設計單位：ICD/ITKE/IntCDC 斯圖加特大學
基地面積：N/A
總樓地板面積：50 平方米
竣工：2024 年
攝影：ICD-ITKE-IntCDC-University of Stuttgart, Roland Halbe, Nina Baisch, Christoph Morlok
主持建築師：Prof. Achim Menges, Martin Alvarez, Monika Göbel, Laura Kiesewetter, David Stieler, Dr. Dylan Wood, Prof. Dr. Jan Knippers, Gregor Neubauer
專案團隊：Prof. Dr. Jan Knippers, Gregor Neubauer
木材製造：Blumer-Lehmann AG
檢查工程師：Prof. Hans Joachim Blaß
材料認證：MPA Stuttgart
測量工程：Collins+Knieps Vermessungsingenieure
外牆工程：Schöne Neue Welt Ingenieure GbR
產品：
自由形態木材結構 – Blumer Lehmann
木材專案諮詢與工程 – Blumer Lehmann
木材專案CNC生產 – Blumer Lehmann
基礎工程：wbm Beratende Ingenieure
景觀設計：Lohrer Hochrein
混凝土基礎：Fischbach Bauunternehmen