// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
16 Stockwerke? 2.800 Jahre alter äthiopischer Palast war ein Hochhaus
Der 2.800 Jahre alte Palast Grat Be’al Gibri in Äthiopien ist nur teilweise erhalten. Statische Simulationen zeigen nun, dass sein mit Holzbalken verstärktes Mauerwerk selbst unter konservativen Annahmen ein Gebäude mit 16 Stockwerken hätte tragen können. Spätere Mitteilungen der beteiligten Institutionen beziffern das statische Potenzial sogar auf mindestens 19 Stockwerke.
Cottbus (Deutschland). Mehrstöckige Monumentalbauten im antiken Südarabien und am nördlichen Horn von Afrika sind aus Bildern und späteren Berichten bekannt. Archäologisch lässt sich ihre ursprüngliche Höhe jedoch oft kaum bestimmen, weil Brände und jahrhundertelange Nutzung meist nur die unteren Mauerzüge übrigließen. Beim Palast Grat Be’al Gibri in Yeha liefern nun statische Modelle einen neuen Maßstab dafür, welche Höhen die damalige Bauweise grundsätzlich tragen konnte.
Der um 800 vor Christus errichtete Palast misst ungefähr 60 mal 60 Meter und übertrifft damit vergleichbare bekannte Bauten seiner Zeit in Südarabien und Ostafrika. Er stand auf einem rund sechs Meter hohen Podium. Erhalten sind heute Teile des Erdgeschosses und des Unterbaus, während eine Treppe, bis zu 1,90 Meter dicke Erdgeschosswände und etwa zehn Meter hohe Säulen des Eingangsbereichs auf mehrere Etagen hinweisen.
Forscher der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) um Vertr.-Prof. Dr.-Ing. Martin Drieschner haben die Tragfähigkeit der erhaltenen Bauweise nun numerisch untersucht. Grundlage war eine virtuelle Rekonstruktion des Palastes. Für die Berechnungen wählten sie zwei typische Bereiche aus, eine Wandecke und einen Türdurchgang.
Die Wände bestanden aus lokalem Bruchsteinmauerwerk mit Lehmmörtel, in das rechteckige Holzbalken eingebaut waren. Anders als bei manchen verwandten Konstruktionen lagen die Hölzer ausschließlich horizontal. Sie wechselten lagenweise zwischen Längs- und Querrichtung und verbanden so die steinernen Wandbereiche zu einem Verbundsystem.
Für die Modellierung nahmen die Autoren Balkenquerschnitte von ungefähr 24 Zentimetern an. Archäobotanische Befunde weisen unter anderem auf Afrikanischen Olivenbaum und Cordia africana als verwendete Hölzer hin. Die genaue Festigkeit der antiken Baustoffe ist jedoch nicht bekannt, weshalb feste Einzelwerte für eine belastbare Rechnung nicht ausreichen.
Deshalb variierten die Forscher die unsicheren Materialparameter systematisch und berechneten die Belastung mit der Finite-Elemente-Methode (FEM). Dieses Verfahren zerlegt eine Konstruktion rechnerisch in viele kleine Bereiche und zeigt, wie sich Spannungen und Verformungen unter Last verteilen. Die Simulationen ergaben, dass unterschiedliche angenommene Holzeigenschaften das Ergebnis nur wenig verändern.
„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“, erklärt Martin Drieschner.
Die Rechnungen betrachten zunächst repräsentative Wandabschnitte und vor allem vertikale Lasten. Die Autoren modellierten das Mauerwerk vereinfacht als homogenes Material und berücksichtigten zusätzliche Lasten konservativ. Damit liefert die Studie eine Tragfähigkeitsanalyse der Wandkonstruktion, aber noch keine vollständige statische Rekonstruktion des gesamten Palastes.
Trotz dieser vorsichtigen Annahmen waren die berechneten Tragreserven groß. Die virtuelle Rekonstruktion hatte bislang acht Stockwerke angenommen, doch die Fachstudie kommt für das ungünstigste untersuchte Szenario zu dem Ergebnis, dass ein Gebäude mit 16 Stockwerken möglich gewesen wäre. Dabei setzten die Forscher für obere Etagen sogar dieselben Wandstärken wie unten an, obwohl dünnere obere Wände die Belastung reduziert hätten.