Башня Ванген - это первое многоуровневое сооружение, на которое можно подняться, используя деревянные конструкции, высушенные как самоформирующиеся элементы. Проектирование и строительство башни основано на исследованиях Кластера передового опыта “Интегративное вычислительное проектирование и конструирование в архитектуре” (IntCDC) Штутгартского университета. Башня была создана как архитектурная достопримечательность и новаторское деревянное сооружение для выставки Landesgartenschau 2024 (это масштабное ежегодное садоводческое шоу проходит в разных регионах Германии - в 2024 году оно пройдет в западном Альгой).
Башня Ванген соединяет территорию Ландесгартеншау в долине Арген с окружающим ландшафтом. На первом этаже башни три входа расположены между деревянными поверхностями в трех направлениях, создавая привлекательное пространство для любознательных умов. Внутри, когда посетители поднимаются по 113 ступеням стальной винтовой лестницы, возникает чувственная связь с материальностью деревянной конструкции башни. Со смотровой площадки — стальной конструкции со стеклянными панелями — посетителям открывается вид на средневековый город Ванген-им-Альгой, долину Арген и Альпы.
Башня высотой 23 метра (75 футов) состоит из двенадцати длинных конструктивных сегментов - каждый сегмент изготовлен из трех отдельных элементов из поперечно-слоистой древесины (CLT). Эти элементы обрабатываются на 5-осевом станке с ЧПУ, что обеспечивает повышенную точность, и соединяются с помощью недавно разработанного монолитного соединения внахлестку. Это позволяет “передавать усилия во всех направлениях, создавая непрерывные элементы CLT при сохранении постоянных размеров поперечного сечения”, - говорится в сообщении IntCDC.
Спиралевидная форма башни и кривизна ее поверхностей из CLT создают новую структуру древесины с поверхностно-активным веществом, способную выдерживать горизонтальные ветровые нагрузки. “Кривизна придает поверхности древесины дополнительную жесткость, аналогичную жесткости гофрированного листа”, - поясняют в IntCDC. “Центральная опора лестницы выдерживает вертикальные нагрузки [вес людей] на ступени и элегантно подчеркивает точное распределение нагрузки между различными конструктивными элементами, сужаясь у основания”.
Башня Ванген - это постоянно действующее исследовательское здание, дизайн и конструкция которого были определены с помощью вычислительных стратегий проектирования, использованных для учета характеристик материалов и производственных ограничений. Профессор Ян Книпперс (Jan Knippers), руководитель Института строительных конструкций и конструктивного проектирования в Университете Штутгарта, объясняет: “Инновациям в деревянном строительстве способствует комплексный подход к научным исследованиям, компьютерному проектированию на основе материальных данных, цифровому производству и профессиональному мастерству”. Башня Ванген была спроектирована, сертифицирована и строился в течение года. Тщательное предварительное изготовление — с точностью до миллиметра и фрезерованными на станке ЧПУ деталями соединения бруса - обеспечило завершение сборки башни на месте всего за три дня.
Изогнутые деревянные компоненты Wangen Tower основаны на крупномасштабном самоформирующемся производстве, которое происходит в результате усадки древесины под действием влаги. «Как правило, усадка и деформация, вызванные влажностью, считаются нежелательными в деревянном строительстве», — говорит IntCDC. «Однако, вдохновленные биологическими примерами, такими как еловая шишка, которая реагирует на изменение уровня влажности окружающей среды изменением формы своих чешуек, аналогичные принципы могут быть применены для контроля самоформирования изогнутых компонентов древесины». Изогнутые деревянные элементы башни получены из заранее заданной вычислительно заданной кривизны, обусловленной характерной усадкой древесины во время стандартного процесса промышленной сушки.
Самоформованные элементы при подготовке к склеиванию CLT:
Компоненты CLT, придающие башне самостоятельную форму, изготовлены из ели местного производства.
Int CDC объясняет процесс придания им самостоятельной формы:
“Самоформирующиеся двухслойные пластины разрабатываются и производятся в виде плоских панелей, каждая из которых состоит из "активного" слоя толщиной 30 миллиметров и поперечно наслоенного "ограничительного" слоя толщиной 10 миллиметров. Древесные плиты обрабатываются после небольшой сушки на воздухе, и "активный" слой с более высоким содержанием влаги приклеивается к ограничивающему слою в плоском вакуумном прессе.
После ламинирования плоские пластины подвергаются контролируемой сушке в печи, в ходе которой активный слой сжимается перпендикулярно направлению волокон плит, эффективно придавая панелям требуемую изогнутую форму.
Три двухслойные пластины одинаковой формы и эластично изогнутый фиксирующий слой толщиной 10 миллиметров укладываются друг на друга и ламинируются для создания окончательной, стабильной по размерам и точно изогнутой панели CLT толщиной 130 миллиметров.”
Двенадцать длинных конструктивных сегментов были предварительно собраны в комплекты по два, что позволило свести к минимуму время строительства на месте (до трех дней). Стальные соединители (между конструкцией CLT и лестницей) и большинство из 168 фасадных панелей из лиственницы, изготовленных по индивидуальному заказу, были предварительно смонтированы на заводе. Компоненты башни были установлены на месте на неглубоком фундаменте из переработанного бетона с цементом с пониженным содержанием CO2. Винтовая лестница и смотровая площадка были встроены в башню сверху.
“Отличительная особенность уникальной деревянной конструкции башни свидетельствует о скрытых дизайнерских возможностях в природно возобновляемой, местной и регионально произведенной деревянной архитектуре, которая обеспечивает экономию ресурсов”, - говорит профессор Ахим Менгес, директор кластера передового опыта IntCDC.
Высота: ок. 23 метра
Площадь: 50 м2
Диаметр смотровой башни: 5,6 метра
Фундамент: переработанный бетон с цементом с пониженным содержанием CO2
Деревянная конструкция: двенадцать изогнутых панелей CLT толщиной 130 миллиметров и общей площадью 360 м2
Лестница: винтовая лестница из горячеоцинкованной стали со 113 ступенями
Смотровая площадка: горячеоцинкованная стальная конструкция со стеклянными панелями