Antikes Hochhaus im äthiopisch-eritreischen Hochland
Die Geschichte des Palastes Grat Be’al Gibri im äthiopischen Yeha reicht beinahe 3000 Jahre zurück – und könnte aktuellen statischen Untersuchungen zufolge bis zu 19 Geschosse umfasst haben. Die Analysen stützen damit historische Berichte und Darstellungen.
Quelle: Grafik: ⓒartefacts-berlin.de, DAI Orient-Abteilung // Mike Schnelle, Bauforschung
Landschaftsmodell mit dem Palast von Yeha in Bildmitte in einer Rekonstruktionsvariante mit acht Stockwerken
Vor rund 2800 Jahren dürfte Yeha äthiopisch-eritreischen Hochland einen spektakulären Anblicke geboten haben: Mit Grat Be’al Gibri befindet sich hier Südarabiens und Ostafrikas grösster bekannter Palastbau jener Zeit, er erstreckt sich über eine Grundfläche von rund 60 mal 60 Quadratmetern und dürfte bis zu 19 Stockwerke hoch gewesen sein. Das zeigen Untersuchungen von Martin Drieschner, Ingenieur und Professor mit Fachgebiet Statik und Dynamik an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU), und Mike Schnelle, Aussenstelle Sanaa des Deutschen Archäologischen Instituts (DAI). - Heute stehen von dem Gebäude, das bereits in der Antike einem Brand zum Opfer gefallen ist, jedochnur noch Teile des Erdgeschosses und des Podiums.
Möglich gemacht haben könnte eine solche Gebäudehöhe das Wandsystem: In das vermörtelte Bruchsteinmauerwerk wurden systematisch Holzbalken eingelegt und ausschliesslich horizontal, abwechselnd in Längs- und Querrichtung der Wand, verlegt. Diese und ähnliche Holz-Stein-Verbundmauerwerke seien in dieser Region bei mehrgeschossigen Bauten weit verbreitet gewesen. Sie erinnerten an moderne Hybridkonstruktionen mit Holz, wie sie heute etwa in Sydney, Hamburg oder Berlin beim nachhaltigen Hochhausbau eingesetzt würden oder geplant seien, schreibt die BTU in ihrer Medienmitteilung.
Quelle: Grafik: ⓒartefacts-berlin.de, DAI Orient-Abteilung // Mike Schnelle, Bauforschung
Visualisierung der virtuellen Rekonstruktion in einem Schnittmodell des Palastes von Yeha mit Darstellung der Baukonstruktion
Bisher beruhten Aussagen zur Höhe derartiger Bauten vor allem auf historischen Quellen und bildlichen Darstellungen: So berichten arabische Geschichtsschreiber von Palästen mit bis zu 20 Stockwerken, südarabische Fels- und Wandmalereien zeigen turmartige, mehrgeschossige Gebäude. Ob dem tatsächlich so gewesen sein könnte, ist aber bislang nie ingenieurtechnisch überprüft worden. Hier setzten die Drieschner und Schnelle mit ihrer Analyse an.
3D-Modell von Palastteilen statisch untersucht
Für ihre Studie erstellten sie ein virtuelles 3D-Modell von zwei exemplarischen Wandbereichen des Palastes: einer Wandecke und eines Türdurchgangs. Dann untersuchten sie deren Tragfähigkeit mithilfe der sogenannten Finite-Elemente-Methode (FEM)*. Weil über die Materialeigenschaften vieler antiker Baustoffe keine exakten Informationen vorliegen, griffen die Forschenden zudem auf ein Verfahren zur Berücksichtigung von Unsicherheiten bei den Materialparametern zurück. Für die Berechnung nutzten sie schliesslich das selbst entwickelte Software-Tool «PolyUQ».
Quelle: Grafik: Martin Drieschner, BTU
Wandkonstruktion am Computer nachgebaut: Die Grafik zeigt, wie die antiken Baumeister Holzbalken (magenta und blau; orange für die nächsthöhere Etage) in das Mauerwerk einbauten, um die Tragfähigkeit der Wände zu gewährleisten. Die Lehmschicht dazwischen ist durchsichtig dargestellt, die Decke ist grün eingefärbt.
Es stellte sich heraus: Die unterschiedlichen Holzeigenschaften beeinflussen die Tragfähigkeit der Wände nur gering; das untersuchte Wandsystem erwies sich als robust. Nach ersten Berechnungen wäre laut den Wissenschaftlern eine Gebäudehöhe von mindestens 19 Geschossen statisch möglich gewesen. Die Untersuchung zeigt damit, dass die in historischen Quellen beschriebenen grossen Gebäudehöhen aus statischer Sicht grundsätzlich möglich gewesen sein könnten. Aus den verbleibenden Tragreserven schliessen Drieschner und Schnelle zudem, dass ein aussergewöhnliches Ereignis – vermutlich der überlieferte Grossbrand – den Palast zum Einsturz gebracht haben könnte.
Moderner Ingenieurbau und Blick in die Antike
„Das Projekt zeigt exemplarisch, welchen Erkenntnisgewinn interdisziplinäre Zusammenarbeit bringen kann", resümiert Drieschner. „Für uns als Statiker ist besonders spannend, dass sich unsere Methoden aus dem modernen Ingenieurbau – etwa die Anwendung der FEM und die Modellierung unscharfer Materialparameter – eins zu eins auf eine 2'800 Jahre alte Konstruktion übertragen lassen. Das unterstreicht, wie leistungsfähig numerische Simulation auch jenseits klassischer Bauingenieur-Anwendungen ist." (mgt/mai)
*Finite-Elemente-Methode (FEM): Rechenverfahren, bei dem ein Bauteil in viele kleine Elemente – finite Elemente – zerlegt wird. Für jedes Element wird dann berechnet, wie es sich verhält, wenn es Wärme oder Druck ausgesetzt ist. Anschliessend werden alle Ergbenisse zum Endresultat zusammengefügt.
