2800-летний дворец в Африке может быть одним из первых небоскребов древнего мира

Фото из открытых источников

Задолго до того, как стальные каркасы и железобетон изменили облик городов, строители в эфиопском высокогорье уже экспериментировали с удивительно сложным способом возведения зданий вверх. В Йехе, одном из важнейших древних мест на севере Эфиопии, монументальный дворец, датируемый примерно 800 годом до нашей эры, возможно, достигал гораздо большей высоты, чем показывают сохранившиеся руины.

Новое структурное исследование Грата-Беаль-Гибри показывает, что его стены, укрепленные деревянными балками, могли выдерживать несколько этажей со значительным запасом прочности. Дворец имел размеры примерно 60 на 60 метров и, по описанию исследователей, является крупнейшим известным дворцовым сооружением начала первого тысячелетия до нашей эры в Южной Аравии и Восточной Африке. Сохранились лишь части его первого этажа, но численное моделирование предполагает, что его стены теоретически могли выдержать здание намного выше, чем предложенная ранее восьмиэтажная реконструкция.

Исследователи пытаются понять истинные масштабы дворца Грат-Беаль-Гибри уже более века. Первые исследования начались в 1906 году, а раскопки 1970-х годов позволили получить больше информации о плане дворца и его монументальном входе. С 2009 года совместный эфиопско-немецкий проект позволил раскопать достаточно большую часть территории, чтобы реконструировать его планировку и показать, насколько амбициозным было это здание в прошлом.

Здание возвышалось на массивном подиуме высотой около шести метров. Его входной фасад украшал монументальный пропилон с шестью монолитными колоннами из песчаника, широкая лестница и высокие каменные дверные косяки. Сами колонны достигали около 10 метров в высоту, а фундаментные стены имели толщину около 2,20 метра, а стены первого этажа — примерно 1,90 метра. Обнаруженная внутри здания лестница является еще одним убедительным свидетельством того, что дворец простирался значительно выше уровня, сохранившегося до наших дней.

Эти подсказки уже позволили исследователям сделать вывод, что Грат-Беаль-Гибри должен был иметь несколько этажей. Более ранние виртуальные реконструкции предполагали пять основных этажей с тремя нишами над ними, в результате чего получилось восьмиэтажное сооружение, ступенчатый силуэт которого напоминает монументальные здания, изображенные на древних наскальных и настенных рисунках Южной Аравии.

Однако новое исследование подошло к вопросу с другой стороны. Вместо того чтобы спрашивать, как, вероятно, выглядел дворец, исследователи задались вопросом, какой вес могла выдержать сохранившаяся система стен.

Ответ кроется внутри самих стен. Гра́т-Бе́аль-Гибри был построен не только из бутового камня. Строители использовали местный фонолитовый камень и глиняный раствор в сочетании с тщательно расположенными деревянными балками, создав таким образом сложную систему стен, которая распределяла нагрузку как по каменной кладке, так и по древесине.

Балки, изготовленные из африканской оливы и Cordia africana, были выточены в прямоугольные секции размером примерно от 21 до 28 сантиметров. Многие из них имели ширину или высоту около 24 сантиметров — повторяющийся размер, который, по мнению исследователей, может отражать базовый конструктивный модуль, используемый во всем здании. Нижние слои древесины проходили поперек стены, следующие — вдоль ее длины, за ними следовал еще один поперечный слой, образуя регулярный внутренний каркас.

Обгоревшие деревянные гвозди, найденные среди обломков, позволяют предположить, что пересекающиеся балки были соединены между собой. Особенно необычна система Йеха тем, что все эти деревянные элементы были установлены горизонтально. В аналогичных древних системах стен в Южной Аравии часто сочетались горизонтальные и вертикальные деревянные элементы, в то время как строители в Грат-Беаль-Гибри, по-видимому, разработали другое решение.

Сами породы древесины также могут многое рассказать о выборе, сделанном строителями. Моделирование конструкций показало, что вариации свойств древесины оказывают удивительно малое влияние на общую несущую способность. Поэтому исследователи предполагают, что долговечность могла иметь такое же значение, как и прочность: как африканская олива, так и Cordia africana устойчивы к вредителям, поедающим древесину, таким как термиты.

Для проверки дворца исследователи создали трехмерные модели репрезентативных участков его стеновой системы и подвергли их анализу методом конечных элементов — широко используемой в современной строительной инженерии методике. В моделировании учитывалась неопределенность свойств камня, глины и древесины, а не предполагалось, что древние материалы ведут себя одним идеально предсказуемым образом.

Результаты показали, что стены из бутового камня, скрепленные глиняным раствором, способны выдерживать несколько этажей со значительным запасом прочности. Фактически, исследование показало, что восемь этажей, использованных в предыдущей виртуальной реконструкции, оставались в пределах конструктивных ограничений системы стен.

Наиболее поразительный результат был получен в самом консервативном сценарии. Даже когда исследователи увеличили дополнительные нагрузки и использовали осторожные предположения относительно строительных материалов, модель показала, что система стен теоретически могла выдержать сооружение высотой до 16 этажей. Авторы подчеркивают, что это не означает, что Грат-Беаль-Гибри действительно был 16-этажным; это означает, что сохранившаяся строительная система обладала гораздо большим вертикальным потенциалом, чем можно предположить, исходя только из археологических остатков.

Археологические данные по-прежнему указывают на многоэтажный дворец, но, вероятно, не достигший теоретического максимума, предусмотренного моделью. Расчеты показывают, что его стены были спроектированы с гораздо большей несущей способностью, чем потребовалось бы для скромного малоэтажного здания.

Моделирование также помогает ответить на другой вопрос: почему такое массивное здание в конце концов рухнуло? В древности дворец пережил катастрофический пожар, и обугленные деревянные элементы сохранились в его каменной кладке.

Согласно исследованию, обычные конструктивные нагрузки вряд ли могут объяснить разрушение. Оба смоделированных участка стены показали значительный запас прочности, что позволило исследователям сделать вывод о том, что причиной разрушения несущей конструкции стало исключительное событие. Известная причина разрушения – пожар, поскольку горящая древесина постепенно ослабила бы внутреннюю арматуру, от которой зависела кладка.

В будущих исследованиях необходимо будет более детально смоделировать сам пожар. Авторы прямо указывают на это как на один из следующих шагов, поскольку потеря прочности древесины во время крупного пожара уменьшит количество этажей, которые стены смогут безопасно выдержать.

Результаты моделирования также выявили схожее поведение нагрузок в разных частях дворца. Эта согласованность говорит о том, что строители эффективно распределяли силы по всей конструкции, а не просто делали каждую стену максимально массивной. Исследователи рассматривают это как свидетельство развитой строительной традиции, основанной на накопленном опыте, а не как единичный архитектурный эксперимент.

Таким образом, Грата-Беаль-Гибри представляет собой нечто более интересное, чем просто утверждение о высоте. Его важность заключается в инженерных знаниях, скрытых внутри его стен. Строители, работавшие почти 2800 лет назад, объединили камень, глину и тщательно расположенную древесину, чтобы создать систему, способную выдерживать нагрузки, которые, как показывает современный структурный анализ, были намного больше, чем предполагалось ранее.

Подобные традиции сохранились и гораздо позже в аксумской архитектуре и в строительстве эфиопских церквей, что позволяет предположить, что методы, использованные в Йехе, относятся к более длительной технологической истории. Дворец, возможно, представляет собой один из наиболее ярких ранних примеров того, как строители намеренно решали проблемы, возникающие при возведении зданий вверх с использованием массивной каменной кладки.

Остается неизвестным, приблизился ли Грат-Беаль-Гибри когда-либо к теоретической высоте 16-этажного здания. Новый анализ показывает, что его строители уже освоили достаточно сложную конструктивную систему, чтобы сделать такую высоту технически возможной. Для дворца, возведенного около 800 года до нашей эры, именно это делает сравнение с «древним небоскребом» не просто современной метафорой.