Дворец возрастом 2800 лет в Африке был одним из первых «небоскрёбов» древнего мира

Задолго до того, как стальные каркасы и железобетон изменили облик городских горизонтов, строители в Эфиопском нагорье уже экспериментировали с удивительно сложным способом возведения вверх. В Йехе, одном из важнейших древних памятников северной Эфиопии, монументальный дворец, датируемый примерно 800 годом до нашей эры, мог достигать гораздо большей высоты, чем предполагают его сохранившиеся руины.

Новое структурное исследование дворца Грат Бе’аль Гибри показывает, что его армированные деревом стены могли выдерживать несколько этажей со значительным запасом прочности. Дворец имел размеры примерно 60 на 60 метров и описывается исследователями как крупнейшее известное дворцовое сооружение начала первого тысячелетия до нашей эры в Южной Аравии и Восточной Африке. Сохранилась лишь часть его первого этажа, но численные симуляции позволяют предположить, что его стены теоретически могли выдерживать здание, значительно более высокое, чем восьмиэтажная реконструкция, предложенная ранее.

Дворец, чьи сохранившиеся стены рассказывают лишь часть истории

Исследователи пытаются понять истинный масштаб Грат Бе’аль Гибри более века. Первые исследования начались в 1906 году, а раскопки 1970-х годов выявили больше плана первого этажа дворца и монументального входа. С 2009 года совместный эфиопско-германский проект раскрыл достаточно памятника, чтобы реконструировать большую часть его планировки и показать, насколько амбициозным было это здание.

Здание стояло на массивном подиуме высотой около шести метров. Его входной фасад украшал монументальный пропилон с шестью монолитными песчаниковыми колоннами, широкой лестницей и высокими каменными дверными косяками. Сами колонны достигали около 10 метров, а фундаментные стены были толщиной около 2,20 метра, стены первого этажа — примерно 1,90 метра. Лестница, обнаруженная внутри здания, даёт ещё одно сильное указание на то, что дворец простирался значительно выше уровня, сохранившегося сегодня.

Эти подсказки уже привели исследователей к выводу, что Грат Бе’аль Гибри должен был содержать несколько этажей. Более ранние виртуальные реконструкции предлагали пять основных этажей и ещё три заглублённых уровня над ними, создавая восьмиэтажное сооружение, ступенчатый силуэт которого напоминает монументальные здания, изображённые на древних южноаравийских наскальных и стенных росписях.

Новое исследование, однако, подошло к вопросу с другого направления. Вместо вопроса о том, как дворец, вероятно, выглядел, исследователи спросили, какой вес его сохранившаяся стеновая система могла фактически нести.

Дерево, скрытое внутри каменных стен

Ответ начинается внутри самих стен. Грат Бе’аль Гибри был построен не только из бутовой кладки. Его строители сочетали местный фонолитовый камень и глиняный раствор с тщательно расположенными деревянными балками, создавая композитную стеновую систему, распределявшую нагрузки через кладку и дерево.

Балки, сделанные из африканской оливы и Cordia africana, были вырублены в прямоугольные сечения размером примерно от 21 до 28 сантиметров. Многие были близки к 24 сантиметрам по ширине или высоте — повторяющийся размер, который, по мнению исследователей, может отражать базовый проектный модуль, использовавшийся во всём здании. Самые нижние деревянные слои шли поперёк стены, следующий — вдоль её длины, затем ещё один поперечный слой, создавая регулярный внутренний каркас.

Обгоревшие деревянные гвозди, извлечённые из обломков, позволяют предположить, что пересекающиеся балки соединялись вместе. Что делает систему Йехи особенно необычной, так это то, что все эти деревянные элементы были установлены горизонтально. Сопоставимые древние стеновые системы в Южной Аравии часто сочетали горизонтальные и вертикальные деревянные элементы, тогда как строители Грат Бе’аль Гибри, по-видимому, разработали иное решение.

Сами породы дерева также могут раскрыть кое-что о выборе, сделанном строителями. Структурные симуляции показали, что различия в свойствах древесины на удивление мало влияли на общую несущую способность. Исследователи поэтому предполагают, что долговечность могла иметь такое же значение, как и прочность: и африканская олива, и Cordia africana устойчивы к древоядным вредителям, таким как термиты.

Как высоко могло на самом деле подняться древнее здание?

Чтобы проверить дворец, исследователи создали трёхмерные модели репрезентативных участков его стеновой системы и подвергли их конечно-элементному анализу — технике, широко используемой в современной структурной инженерии. Симуляции учитывали неопределённость в свойствах камня, глины и дерева, а не предполагали, что древние материалы вели себя одним идеально предсказуемым образом.

Результаты показали, что стены из бутовой кладки на глиняном растворе могли выдерживать несколько этажей со значительным запасом несущей способности. Фактически исследование обнаружило, что восемь этажей, использованных в более ранней виртуальной реконструкции, оставались вполне в пределах структурных ограничений стеновой системы.

Самый поразительный результат пришёл из самого консервативного сценария. Даже когда исследователи увеличили дополнительные нагрузки и использовали осторожные допущения о строительных материалах, модель указала, что стеновая система теоретически могла поддерживать конструкцию высотой до 16 этажей. Авторы подчёркивают, что это не означает, что Грат Бе’аль Гибри на самом деле стоял 16 этажей; это означает, что сохранившаяся строительная система обладала гораздо большим вертикальным потенциалом, чем могут предположить одни лишь археологические остатки.

Археологические свидетельства всё ещё указывают на многоэтажный дворец, но, вероятно, не на тот, что достигал теоретического максимума модели. Расчёты показывают, что его стены были спроектированы с гораздо большей несущей способностью, чем потребовалось бы скромному малоэтажному зданию.

Стены, вероятно, не были причиной обрушения дворца

Симуляции также помогают ответить на другой вопрос: почему такое массивное здание в конечном итоге обрушилось? Дворец пережил катастрофический пожар в древности, и обугленное дерево сохранилось внутри его кладки.

Согласно исследованию, обычные структурные нагрузки вряд ли объясняют разрушение. Оба смоделированных участка стены показали значительные запасы несущей способности, что привело исследователей к выводу, что исключительное событие должно было вызвать отказ структурной системы. Известное разрушение огнём предлагает очевидного кандидата, поскольку горящее дерево постепенно ослабляло бы внутреннее армирование, от которого зависела кладка.

Будущие исследования должны будут смоделировать сам пожар более детально. Авторы прямо определяют это как один из следующих шагов, потому что потеря прочности дерева во время крупного пожара уменьшила бы количество этажей, которые стены могли безопасно нести.

Симуляции также выявили схожее поведение нагрузок в разных частях дворца. Эта согласованность позволяет предположить, что строители эффективно распределяли усилия по всей конструкции, а не просто делали каждую стену настолько массивной, насколько возможно. Исследователи видят в этом свидетельство развитой строительной традиции, основанной на накопленном опыте, а не на единичном архитектурном эксперименте.

Древний «небоскрёб», построенный на опыте, а не на современных материалах

Грат Бе’аль Гибри поэтому предлагает нечто более интересное, чем простое утверждение о высоте. Его значение заключается в инженерном знании, скрытом внутри его стен. Строители, работавшие почти 2800 лет назад, сочетали камень, глину и тщательно расположенное дерево, чтобы создать систему, способную нести нагрузки, которые, как показывает современный структурный анализ, были гораздо больше, чем предполагалось ранее.

Подобные традиции сохранились гораздо позже в аксумской архитектуре и в эфиопском церковном строительстве, что позволяет предположить, что техники, использованные в Йехе, принадлежали более длительной технологической истории. Дворец может представлять один из наиболее ясных ранних примеров того, как строители сознательно решали проблемы, создаваемые возведением вверх с тяжёлой кладкой.

Достигал ли Грат Бе’аль Гибри когда-либо теоретической высоты 16-этажного здания, остаётся неизвестным. Что показывает новый анализ, так это то, что его строители уже освоили структурную систему, достаточно сложную, чтобы сделать такую высоту технически мыслимой. Для дворца, возведённого около 800 года до нашей эры, именно это делает сравнение с «древним небоскрёбом» больше, чем современной метафорой.