Hanok: Wie Holzverbindungen und Ondol funktionieren

Was das Modell zeigt

Ein Hanok hat ein Holzgerüst, dessen Hauptbauteile an Verbindungen ineinandergreifen, während die Ondol-Heizung heiße Gase unter steinernen Böden entlangführt und so den Raum wärmt. Der erhöhte hölzerne Maru bleibt ungeheizt und lässt Luft unter sich hindurchstreichen. Die Traufen beschatten im Sommer die Wände und lassen die tiefer stehende Wintersonne herein.

Wer im Januar ein altes koreanisches Haus betritt, findet zwei Böden nebeneinander. Im Raum ist der Boden warm genug, um den ganzen Tag darauf zu sitzen. Einen Schritt weiter, auf dem hölzernen Maru, sind die Dielen so kalt wie die Luft draußen. Beide liegen unter einem schweren Ziegeldach, das von einem Holzgerüst getragen wird, das geschnitten und gefügt statt genagelt wurde. Diese Seite nimmt das Haus Stück für Stück auseinander.

Das Modell ist ein kleines Hanok mit einem beheizten Raum und einem Maru-Joch, je 2,4 m im Quadrat, unter einem Satteldach mit drei Pfetten (ein 3-ryang-ga, das einfachste koreanische Dachgerüst). Ein Steinsockel hebt das Haus um 45 cm an, sechs runde Säulen stehen auf Sockelsteinen, und die Traufen reichen 1,3 m über die Säulen hinaus. Neben dem Haus trägt ein Steinständer drei Säulenkopfverbindungen in doppelter Originalgröße. Mit dem Regler „Verbindung lösen“ ziehen Sie sie auseinander, mit Datum und Sonnenzeit bewegen Sie die Sonne über Seoul, Sie ändern die Traufentiefe und zünden das Feuer unter dem Raum an. Die Führung rechts geht acht Ansichten der Reihe nach durch.

Die Maße sind aus den Bereichen gewählt, die in der Enzyklopädie des National Folk Museum und in Artikeln des Korea Heritage Service für Häuser verzeichnet sind. Sie sind nicht die Maße irgendeines bestimmten Gebäudes. Wo diese Quellen sagen, dass ein Detail von Region zu Region und von Epoche zu Epoche abweicht, sagt das auch der Artikel.

Wie das Gerüst ohne Leim und Schrauben steht

Ein Hanok-Gerüst besteht aus senkrechten Säulen, waagerechten Balken und Pfetten sowie geneigten Sparren. Die Teile treffen sich in Verbindungen, die Zimmerleute gyeolgu nennen. Man unterscheidet zwei Arten. Ein ieum verbindet zwei Bauteile Ende an Ende, sodass die Holzlinie länger wird. Ein matchum verbindet Bauteile, die rechtwinklig oder schräg aufeinandertreffen, etwa einen Balken an einer Säule. Bei beiden trägt das eine Stück eine vorstehende Zunge, den jangbu, und das andere ein passendes Loch. Die Enzyklopädie der Academy of Korean Studies nennt als grundlegende matchum die Einlassung, die Überblattung, Zapfenverbindungen, Schwalbenschwänze (jumeokjang), Gehrungen und die sagae-Verbindung am Säulenkopf.

Es heißt allgemein, ein Hanok komme ganz ohne Nägel aus. Ein Artikel des Korea Heritage Service von einem Zimmermeister korrigiert das. Die Sparren werden mit Sparrennägeln an der Traufpfette befestigt, das Traufbrett an den Sparrenspitzen ist genagelt, die Giebelbretter sind an die Pfetten genagelt, und eiserne Bänder verstärken manche Verbindungen. Was das Hauptgerüst zusammenhält, sind jedoch die Form der Verbindungen und das Gewicht, das auf ihnen lastet. Das Dach ist schwer, und je schwerer die Last auf einer gut geschnittenen Verbindung, desto fester liegen die Teile aufeinander.

Die Sagae-Verbindung am Säulenkopf

Die erste Verbindung auf dem Ständer ist das sagae-machum. Der Säulenkopf ist mit einem kreuzförmigen Schlitz versehen, der vier Zinken wie die Ecken einer Kiste stehen lässt. Zwei waagerechte Bauteile kommen aus zueinander senkrechten Richtungen. Wo sie sich im Schlitz kreuzen, ist bei jedem die halbe Tiefe weggeschnitten, sodass das eine auf dem anderen sitzt und beide zusammen den Schlitz bis zur vollen Höhe füllen. Im Modell geht das untere Bauteil zuerst hinein, und das obere legt sich darüber. Seitlich gezogen, wird jedes Bauteil von den Zinken gehalten. Nach oben gehoben, löst sich zuerst das obere und erst dann das untere, also in umgekehrter Reihenfolge des Zusammenbaus.

Dieselbe Enzyklopädie vermerkt, dass die Einzelheiten mit der Lage der Säule wechseln. An einer Zwischensäule sind die kreuzenden Bauteile überblattet und zudem miteinander verschwalbt, an einer Ecksäule wird der Schlitz so geschnitten, dass sich die Sturzhölzer darin überblatten. Das Modell zeigt die einfache Ausführung.

Ein Schwalbenschwanz, der nur nach oben herauskommt

Stellen Sie „Verbindung“ auf die zweite Position. Hier ist das Ende des jangyeo, eines flachen Holzes, das unter der Traufpfette verläuft, wie eine Faust geformt: breit an der Spitze und schmal am Hals. Der Säulenkopf hat eine Aussparung derselben Form. Die Verbindung wird gefügt, indem man den Balken von oben hineinsenkt. Sobald er unten sitzt, klemmt ein seitlicher Zug die breite Spitze am schmalen Maul der Aussparung fest.

Der Artikel des Korea Heritage Service erklärt, warum dieses leichte Bauteil vor den schweren eingesetzt wird. Wenn das jangyeo die Säulenköpfe bereits verbindet, lassen sich der viel größere Hauptbalken und die Pfette leichter heben und setzen. Der Zimmermann macht außerdem das obere Ende des Schwalbenschwanzes etwa ein pun (grob 3 mm) breiter als das untere, damit er sich beim Eintreiben festzieht.

Die dritte Verbindung ist ein einfacher Zapfen, hier mitten durch einen Schlitz in der Säule geführt. Für sich allein lässt er sich leicht herausziehen, deshalb wird ein Holznagel aus Hartholz, der sanji, quer hindurchgetrieben. Das Modell zeigt, wie zuerst der Nagel herauskommt und danach der Zapfen herausgleitet.

Wie das Gewicht des Dachs im Boden ankommt

Schalten Sie „Lastweg“ ein. Die orangefarbenen Linien folgen dem Gewicht des Dachs am östlichen Joch nach unten. Ziegel und das Lehmbett darunter drücken auf die Bretter und Sparren. Die Sparren spannen zwischen den Pfetten und geben ihre Last an diese weiter: In diesem Haus mit drei Pfetten an die Traufpfette über jeder Säulenlinie und an die Firstpfette oben. Der Eintrag des National Folk Museum zur Pfette beschreibt genau diese Aufgabe: die Last vieler Sparren zu sammeln und an den Balken weiterzugeben.

Die Traufpfette liegt unmittelbar über der Säule, ihr Anteil fällt also fast senkrecht durch das Balkenende und die Säule. Die Firstpfette sitzt auf einem Bohlenpfosten in der Mitte des Balkens, ihr Anteil kommt also in der Balkenmitte an, und der Balken trägt ihn auf Biegung zu den beiden Säulen. Von jeder Säule geht die Last in ihren Sockelstein, den die Enzyklopädie als den Stein beschreibt, der das Gewicht des Gebäudes an den Boden weitergibt, und von dort durch den Sockel in die Erde. Die blauen Pfeile zeigen die Gegenkraft des Bodens.

Warum die Traufen etwa 1,3 Meter vorragen

Das Dach könnte an der Wand enden. Es tut es nicht, weil der Überstand Regen von den Lehmwänden und vom Holz fernhält und weil er die Wände und Türen beschattet. Der Eintrag des National Folk Museum zur Traufe, von Kim Wang-jik, nennt Zahlen aus einer Erhebung an erhaltenen Gebäuden. Zieht man eine Linie vom Fuß einer Säule zur Spitze ihrer Traufe, liegt der Winkel zwischen dieser Linie und der Säule zwischen 28° und 33°, im Mittel bei etwa 30°. Der mittlere Überstand beträgt etwa 2 m, bei Häusern etwa 1,3 m und bei Palasthallen etwa 2,5 m. Traufen werden nach Süden hin und in späteren Epochen tendenziell tiefer und dort, wo es kalt und trocken ist, kürzer. Ein Artikel des Korea Heritage Service von Hwang Ui-su gibt die Traufen der Zentralregion mit etwa 4 ja (rund 1,2 m) an, im Süden etwas mehr und in der Provinz Hamgyeong etwa 3 ja.

Das Modell verwendet 1,3 m. Mit dem Säulenfuß bei 0,65 m und der Sparrenspitze bei 2,93 m über dem Boden ergibt sich ein Winkel von 29,7°, innerhalb des vermessenen Bereichs. Bewegen Sie den Regler „Traufentiefe“, und die Anzeige berechnet den Winkel neu: 0,6 m ergibt 12,9° und 2,0 m ergibt 46,0°, weit außerhalb dessen, was gebaut wurde. Die Grenze ist ebenso statisch wie klimatisch. Ein Sparren muss mindestens so weit ins Gebäude zurückreichen, wie er nach außen ragt, und ein einzelner Sparren kann nur begrenzt lang sein.

Sommerschatten und Wintersonne auf der Breite von Seoul

Die Höhe der Sonne am Mittag ist 90° minus der Breite plus der Deklination der Sonne. Seoul liegt auf 37,57° N. Zur Sonnenwende im Juni beträgt die Deklination +23,44°, die Mittagssonne steht also 75,9° hoch. Zur Sonnenwende im Dezember sind es −23,44°, und die Mittagssonne steht nur 29,0° hoch. Das entspricht den 76° und 29°, die der Traufeneintrag für die Zentralregion nennt.

Die Seite verfolgt einen Strahl an der Traufspitze vorbei bis auf den Maru-Boden. Im Juni mittags trifft er 0,68 m vor den Säulen auf den Sockel, und der ganze Maru liegt im Schatten. Im Dezember mittags quert derselbe Strahl die vollen 2,4 m des Bodens und trifft die Rückwand 3 cm über dem Boden. Um die Tagundnachtgleichen im März und September, mit der Mittagssonne bei etwa 52°, reicht der besonnte Streifen etwa 0,3 m weit hinein. Die Anzeige liefert die Zahlen für jedes Datum und jede Sonnenzeit zwischen 7:00 und 17:00 Uhr. An Morgen im Frühsommer geht die Sonne im Nordosten auf, steht also hinter dem Haus, und nichts erreicht den Maru.

Erhebungen zeigen, dass die Traufentiefe zu diesen Winkeln passt. Sie zeigen nicht, dass die Baumeister sie daraus berechnet haben, und die Quellen beschreiben die Tiefe als Ergebnis von Statik, Niederschlag und Sonnenlicht zusammen. Auch die Dachneigung spielt mit: Die Traufsparren liegen mit nur 4 bis 5 chi auf 10 (21,8° bis 26,6°), teils damit eine tiefe Traufe das Haus nicht verdunkelt.

Wohin der Rauch unter einem Ondol-Raum zieht

Schalten Sie „Feuer anzünden“ und „Ins Innere sehen“ ein. Der Boden des Raums ist ein Heizkörper. Der Artikel des Korea Heritage Service zur Ondol-Kultur, von Nam Hae-gyeong von der Jeonbuk National University, nennt die Teile der Reihe nach: die Feuerstelle (agungi), die Bodensteine (gudeuljang), das buneomgi, die Züge (gorae), das gaejari, den Rauchtunnel und den Kamin.

Das Feuer brennt am Feuerloch auf der Westseite. Seine Hitze sammelt sich in einer Kammer, der hamsil, und steigt dann über eine niedrige Schwelle, das buneomgi. Die Schwelle verteilt die Hitze auf alle Züge und verhindert, dass Asche mitgerissen wird. Hinter der Schwelle laufen Flamme und Rauch durch vier parallele Kanäle zwischen niedrigen Wänden aus Lehm und Stein. Ihr Boden steigt zum fernen Ende hin an, sodass, wie es die Enzyklopädie ausdrückt, die Flamme vom warmen Ende des Raums zum kühlen Ende weiterzieht. Am fernen Ende fällt das Gas in das gaejari, einen Graben, der tiefer als die Züge gegraben ist, wo sich Ruß und Asche absetzen und ausgeräumt werden können. Ein Tunnel führt den Rauch dann zum Kamin hinter dem Haus.

Flache Steine, über die Zugwände gelegt, bilden den Boden. Sie sind unregelmäßig, und die Fugen dazwischen werden mit kleinen Steinen und Lehm gestopft, damit kein Rauch in den Raum dringt. Der Stein über der Kammer, der hamsil-jang, ist größer und dicker, weil dort die Hitze am stärksten ist. Die Wärme erreicht einen auf dem Boden sitzenden Menschen durch Wärmeleitung. Die warmen Steine strahlen auch in den Raum ab, und die Luft darüber beginnt zu zirkulieren.

Warum ein Ende des Raums wärmer ist

Die Farben auf den Steinen stammen aus einem einfachen Modell, nicht aus Messungen. Es nimmt 400°C heißes Gas an der Kammer an, das mit der Entfernung entlang des Zuges abkühlt, und lässt jeden Stein einem Fünftel der Gastemperatur über der Außenluft von 5°C zustreben. Nachdem das Feuer eine Weile gebrannt hat, erreichen die Steine nahe dem Feuer etwa 62°C und die am Gaejari etwa 23°C. Die echten Werte hängen von Brennstoff, Stein, Dicke des Lehms und Branddauer ab und schwanken von Haus zu Haus. Die Form des Ergebnisses nicht: Das Ende des Raums nahe dem Feuer, das araetmok, ist das warme Ende, das ferne Ende, das witmok, ist kühler.

Warum unter dem Maru kein Feuer brennt

Der Maru steht auf kurzen Pfosten mit Luft darunter. Sein Boden ist vom Typ umul-maru, kurze Bretter zwischen schweren Riegeln, was das National Folk Museum als eine Art der Bodenverlegung beschreibt, die es nur in der koreanischen Baukunst gibt. Es gibt keine Decke, die Sparren bleiben sichtbar, und die Front ist zum Hof hin offen. Die Daecheong, die Haupthalle, war der Ort, an dem die Familie im Sommer lebte und Ahnenriten abgehalten wurden. Im Winter zog das Leben in den Ondol-Raum. Im Modell bleibt der Maru auf den 5°C der Außenluft, während sich der Raum nebenan erwärmt.

Wo das Modell einfacher ist als ein echtes Hanok

Echte Traufen schwingen an den Ecken nach oben und im Grundriss zur Mitte hin nach innen, und ein Krüppelwalmdach fügt Gratsparren hinzu, die um einen Gratbalken gefächert sind. Das Satteldach des Modells ist gerade. Seine Sparren liegen in gleichmäßigem Abstand ohne dargestellte Sparrennägel, und das Lehmbett ist als ein Block gezeichnet. Das Feuer brennt wie in einer hamsil-Feuerstelle direkt in die Kammer, ohne Küche und ohne Kochherd davor. Die Züge verlaufen gerade; die Enzyklopädie verzeichnet auch fächerförmige, gegenüberliegende, geknickte und rückkehrende Anordnungen. Die Verbindungen sind an einer einzelnen Säule auf dem Ständer gezeigt, nicht an jedem Anschluss des Gerüsts.

Eine Dachlast durchgerechnet: Ziegel, Lehm und eine Säule

Schalten Sie „Lastweg“ ein, und orangefarbene Linien zeigen, wohin das Gewicht des Dachs geht. Dieser Abschnitt unterlegt das mit Zahlen. Eine Literaturübersicht zu koreanischen Holzbauten, zusammengestellt für das National Disaster Management Institute, führt die Schichten eines Dachs nach Gewicht pro Quadratmeter auf. Für ein gewöhnliches Hanok nennt sie 150 kgf/m² für die Ziegel, 160 für die Kalk-Lehm-Schicht, 160 für das Lehmbett, 50 für das Füllholz darunter (jeoksim) und 15 für die Bretter auf den Sparren, zusammen 535 kgf/m². Jede Lehmschicht wird mit 10 cm Dicke bei 1600 kgf/m³ angesetzt. Das aufgeführte Bett, die Füllung und die Bretter ergeben vor den Ziegeln 33 cm. Das Modell verwendet eine vereinfachte Schicht von 30 cm. Der Wert der Übersicht ist hier eine veranschaulichende Annahme, keine gemessene Last für dieses Modell und keine Bemessungsempfehlung.

Nehmen wir das Dach des Modells. Entlang des Firsts misst es 4,8 m zwischen den Giebelsäulen plus 0,6 m Überstand an jedem Ende, insgesamt 6,0 m. Quer zum Haus hat jede Dachfläche eine waagerechte Ausladung von 1,2 m bis zur Säulenlinie plus die 1,3 m der Traufe, also 2,5 m. Die Sparren steigen 5 auf 10, die Länge entlang der Neigung beträgt also 2,5 m ÷ cos 26,6° = 2,80 m. Zwei Dachflächen ergeben 6,0 × 2 × 2,80 = 33,5 m² Dach. Bei 535 kgf/m² sind das etwa 17.900 kgf oder 176 kN, grob 18 Tonnen, die auf sechs Säulen ruhen. Sparren, Pfetten und Balken wiegen zusätzlich, was diese Schätzung auslässt.

Nun verteilen wir sie. Das halbe Dach geht auf die vordere Säulenlinie und das halbe auf die hintere. Entlang jeder Linie sammeln die drei Säulen einen Dachstreifen so breit wie der Abstand zu den Mittelpunkten auf beiden Seiten. Jede Endsäule nimmt 0,6 m Überstand plus ein halbes Joch auf, 1,8 m der 6,0 m, also 30 Prozent. Die mittlere Säule nimmt 2,4 m auf, 40 Prozent. Die mittlere Säule trägt also 0,4 × 8970 kgf = 3590 kgf (35 kN) und jede Endsäule 2690 kgf (26 kN). Eine Säule von 24 cm hat einen Querschnitt von 452 cm², die mittlere Säule wird also mit 3590 ÷ 452 = 7,9 kgf/cm² oder 0,78 MPa zusammengedrückt. Derselbe Bericht sagt, dass die Säulen und Balken traditioneller Gebäude für die Dachlast groß genug sind. Die Schwierigkeiten alter Gebäude beginnen an den Verbindungen, wo ein ausgeschnittener Schlitz Holz wegnimmt und sich die Spannung im verbleibenden Querschnitt häuft.

Die Tabelle des Berichts zeigt auch, wie sehr sich ein Palastdach unterscheidet. Für das Geunjeongjeon des Gyeongbokgung nennt sie im Mittel 956,5 kgf/m² bei einer Spanne von 750 bis 1163, gegen 735 beim Daehanmun des Deoksugung und 575 bei der Haupthalle des Heungguksa. Würde man das Modell mit einem Dach wie dem des Geunjeongjeon decken, lägen 33,5 × 956,5 = 32.000 kgf auf denselben sechs Säulen, 1,8-mal so viel. Der Bericht warnt auch vor den Traufen. Ist das Dach schwer, wirkt die Last an den Sparrenspitzen als Hebel und kann die Teile, die auf der anderen Seite der Pfette anschließen, anheben und spalten.

All das beruht auf dem Wert von 535 kgf/m². Ein echtes Haus könnte dünneren Lehm haben, ein neu gelegtes Dach oder Schnee darauf.

Wie tief eine Traufe sein darf: nach der Sonne gelöst

Der Regler „Traufentiefe“ ändert zwei Dinge zugleich. Eine längere Traufe reicht weiter hinaus, und weil die Sparren abfallen, liegt ihre Spitze auch tiefer. Im Modell liegt die Sparrenspitze 3,58 − 0,5 × d Meter über dem Boden, wobei d der Überstand in Metern ist. Bei d = 1,3 m sind das 2,93 m. Der Maru-Boden liegt bei 0,85 m, die Spitze steht also 2,73 − 0,5 × d über dem Boden, 2,08 m bei der Voreinstellung.

Ein Sonnenstrahl, der die Traufspitze gerade noch passiert, legt (Spitzenhöhe über dem Boden) ÷ tan(Höhenwinkel) waagerecht zurück, bevor er den Boden trifft. Zur Sonnenwende im Juni beträgt der Mittagswinkel 75,9° und tan = 3,99, der Strahl wandert also 2,08 ÷ 3,99 = 0,52 m nach innen und landet auf Bodenhöhe 1,3 − 0,52 = 0,78 m außerhalb der vorderen Säulenlinie. Der Boden liegt im Schatten. Zur Sonnenwende im Dezember beträgt der Winkel 29,0° und tan = 0,554, der Strahl wandert also 2,08 ÷ 0,554 = 3,75 m nach innen, das sind 2,45 m innerhalb der Säulenlinie. Der Boden ist 2,4 m tief, das Licht erreicht also die Rückwand.

Nun fragen wir, welche Tiefen beide Aufgaben erfüllen. Sommerschatten am Mittag verlangt d ≥ (2,73 − 0,5d) ÷ 3,99, was d ≥ 0,61 m ergibt. Winterlicht an der Rückwand verlangt (2,73 − 0,5d) ÷ 0,554 ≥ d + 2,4, was d ≤ 1,33 m ergibt. Im Modell reicht das Fenster zur Sonnenwende mittags von 0,61 bis 1,33 m, und die Voreinstellung von 1,3 m liegt an dessen oberem Rand. Die Anzeige stimmt überein:

Jede Zahl ist ab der vorderen Säulenlinie auf Bodenhöhe gemessen. „Kante draußen“ heißt, dass die Schattenkante so weit außerhalb der Linie liegt, der ganze Boden also beschattet ist. Eine Traufe von 2,0 m, weit über den vermessenen 1,3 m für Häuser, ließe mittags nur 1,12 m Wintersonne herein. Das ist ein Ergebnis der Höhen des Modells und seines geraden Satteldachs. Es zeigt nicht, dass die Baumeister diese Gleichung gelöst haben, und die Quellen beschreiben die Traufentiefe als Ergebnis von Statik, Regen und Sonne zusammen. Es zeigt aber, warum eine Tiefe nahe 1,3 m auf der Breite von Seoul mit diesen Proportionen funktioniert.

Wie viel Wärme ein Steinboden speichern kann

Das Feuer brennt einige Stunden, und der Raum bleibt viel länger warm, weil der Steinboden die Wärme speichert. Hier eine grobe Rechnung mit angenommenen Werten. Die Bodensteine seien 8 cm dick (angenommen), mit einer Dichte von 2600 kg/m³ und einer spezifischen Wärme von 0,8 kJ/(kg·K), typischen Werten für Gestein vom Granittyp. Der Raum von 2,4 m mal 2,4 m hat 5,76 m², der Stein wiegt also 5,76 × 0,08 × 2600 = 1200 kg.

Die Zieltemperatur eines Steins im Modell ist 5°C + 0,2 × (Gastemperatur − 5°C), wobei das Gas entlang des Wegs s ab der Kammer als 5°C + 395°C × e^(−s ÷ 1,6 m) abkühlt. Das ergibt Zielwerte von 74°C bei s = 0,22 m nahe dem Feuer, 47°C bei 1 m, 28°C bei 2 m und 24°C bei 2,26 m am Gaejari. Über den Raum gemittelt (s von 0,22 bis 2,62 m) liegt das Ziel bei etwa 41°C. Das sind Temperaturen, denen die Steine zustreben. Die zuvor genannten 62°C und 23°C sind das, was die Steine nach der Standardbefeuerung des Modells erreicht haben, die Steine nahe dem Feuer liegen also noch unter ihrem Ziel von 74°C.

Angenommen, der Boden hält im Mittel 41°C und kühlt auf 25°C ab. Dann gibt er 1200 kg × 0,8 kJ/(kg·K) × 16 K = 15 MJ ab, oder 4,2 kWh. Auf acht Stunden verteilt sind das etwa 520 W, nahe an einem kleinen Elektroheizer. Die Rechnung zeigt, warum die Dicke des Bodens zählt: Halbiert man den Stein, speichert dasselbe Feuer nur halb so viel. Ein echter Boden hat über den Steinen auch Lehm und Papier, die Masse hinzufügen und mehr Wärme halten, und der Raum verliert Wärme durch Wände und Türen in einem Maß, das diese Seite nicht angibt. Der Wert veranschaulicht, wie Stein Wärme speichert, und ist keine Vorhersage für ein bestimmtes Haus. Der Artikel des Korea Heritage Service zur Ondol-Kultur nennt Wärmeleitung, Strahlung und Konvektion als die Wege, auf denen Wärme zu den Menschen gelangt, und die gespeicherte Wärme hält alle drei in Gang, nachdem die Flammen erloschen sind.

Was mit einer verdübelten Verbindung bei einem Erdbeben geschieht

Eine aus Holz geschnittene und durch einen Holznagel gehaltene Verbindung ist weder starr noch gelenkig. Ein Aufsatz über das Dongdaemun (Heunginjimun, als Koreanischer Schatz Nr. 1 verzeichnet) im The Scientific World Journal sagt, die Anschlüsse zwischen seinen Säulen und Balken seien weder starr noch gelenkig, weil die Bauteile durch Verbindungen gefügt sind, die mit Holznägeln gesichert sind, und dies mache die Steifigkeit des ganzen Gebäudes schwer abzuschätzen. Wie sich das Gerüst verhält, hängt also von den Verbindungen und dem Gewicht ab, das auf ihnen sitzt.

Die Erhebung, die die Dachlasten liefert, führt auch Schwingungsmessungen an 16 historischen Holzgebäuden auf, aufgenommen mit Mikrotremor-Sensoren, die die winzige Bewegung des Bodens und des Gebäudes erfassen. Die Eigenfrequenzen reichen von 1,15 Hz bis 3,66 Hz, ein Gebäude braucht also etwa 0,3 bis 0,9 s für ein Hin- und Herschwingen. Die Dämpfung in der Tabelle reicht von etwa 1,5 bis 4,2 Prozent der kritischen Dämpfung. Das ist ein Dämpfungsgrad, nicht der Prozentsatz der Energie, der pro Schwingung verloren geht. Reibung und Gleiten an den Verbindungen können Energie abbauen, doch die Messungen trennen diesen Beitrag nicht vom Rest jedes Gebäudes. Eine Studie zu einer japanischen Holznagelverbindung, verwandt mit diesen koreanischen Verbindungen, aber nicht mit ihnen identisch, beschreibt einen ähnlichen Mechanismus. Ein japanischer zyklischer Versuch mit einer Säule und einem durchgehenden Verbindungsbalken mit Dübel fand eine für Holzverbindungen typische Hysterese vom Gleittyp: Die Verbindung gibt beim Reiben ein wenig nach und versteift sich dann wieder, wenn die Teile aufeinanderdrücken.

Warum hilft Gewicht? Die Erhebung sagt es direkt. Wächst die Dachlast, wächst auch die Steifigkeit der Verbindungen und Anschlüsse darunter, doch oberhalb einer bestimmten Last verformt sich das Gebäude und reißt. Die Trägheit bei einem Erdbeben nimmt bei gegebener Beschleunigung mit der Masse zu, und das Dach stellt bei diesen Holzgebäuden einen großen Teil der Masse. Der Winddruck hängt dagegen von Windgeschwindigkeit, Angriffsfläche und aerodynamischer Form ab; er ist nicht proportional zur Gebäudemasse. Eine grobe Einzelzahl zeigt die Größenordnung. Würde sich das Dach des Modells mit seinen 176 kN starr mit dem Boden bewegen und der Boden mit 0,1 g beschleunigen, betrüge die waagerechte Kraft 0,1 × 176 = 17,6 kN. Diese Kraft greift hoch über der Basis an, etwa 3,5 m oben, wo die Pfetten liegen, sodass die Säulen und die Verbindungen an ihren Köpfen und Füßen dem Schwanken widerstehen müssen.

Drei echte Gebäude im Vergleich

Die Erhebung von 2010 und der Korea Heritage Service liefern genug Daten, um drei Gebäude neben das Modell zu stellen.

Muryangsujeon, Buseoksa (Nationalschatz Nr. 18). Laut dem Heritage Portal wurde die heutige Halle 1376 wiederaufgebaut und 1916 zur Instandsetzung zerlegt. Sie ist fünf Joche breit und drei tief, im jusimpo-Konsolstil, mit einem Krüppelwalmdach. Die Erhebung gibt ihr Gewicht mit 1380 kN an, ihre Eigenfrequenzen in den beiden waagerechten Richtungen mit 2,00 Hz und 2,39 Hz und ihre Dämpfung mit 1,5 und 1,8 Prozent. Derselbe Bericht zeigt eiserne Verstärkungen und Ankerbolzen an ihren Balken und Konsolen.

Sungnyemun (Namdaemun), Seoul. Die Erhebung gibt ein Gewicht von 1049 kN an, Frequenzen von 2,12 Hz und 1,56 Hz im Jahr 2004 und eine Dämpfung von 1,7 und 1,8 Prozent. Der Bericht sagt, dass an seinem Holz bei der Zerlegung zur Instandsetzung in den 1960er-Jahren eiserne Bänder gefunden wurden und dass das Tor 2008 niederbrannte.

Geunjeongjeon, Gyeongbokgung. Hier geht es um das Dach. Sein Mittelwert von 956,5 kgf/m² ist etwa 1,8-mal so hoch wie die 535 des gewöhnlichen Hanok, und die Erhebung führt die Halle unter den Gebäuden auf, die durch Holzflicken an beschädigten Bauteilen repariert wurden.

Neben dem Modell sind die echten Hallen weit schwerer. Das Muryangsujeon wiegt mit 1380 kN etwa das Achtfache des Dachs des Modells allein. Mehrere der größeren Hallen liegen zwischen 1 und 3 Hz, doch die gesamte Erhebung reicht bis 3,66 Hz. Diese Beobachtungen beschreiben die untersuchten Gebäude, keine Frequenzregel für jedes Holzgerüst.

Häufige Missverständnisse

„Ein Hanok wird von nichts als den Verbindungen zusammengehalten.“ Das Gewicht zählt ebenso. Eine Verbindung, die auf der Werkbank lose aussieht, wird vom Dach darüber fest zusammengedrückt. Der Artikel des Korea Heritage Service fügt hinzu, dass stellenweise Sparrennägel und eiserne Bänder verwendet werden.

„Eine tiefere Traufe ist immer besser.“ Die Tabelle oben zeigt das Gegenteil. Bei 2,0 m dringt die Wintersonne nur 1,12 m in den Boden ein, und die Erhebung warnt, dass die Last an der Traufspitze als Hebel auf das Dach wirkt.

„Das Ondol heizt den Raum mit heißer Luft.“ Der Raum wird überwiegend über die Steine geheizt, durch Wärmeleitung in alles, was den Boden berührt, und durch Strahlung der warmen Oberfläche, mit Konvektion darüber. Der Rauch gelangt nicht in den Raum.

„Ein schwereres Dach macht ein stärkeres Haus.“ Ein schwereres Dach hilft den Verbindungen bis zu einem gewissen Punkt, aufeinander zu drücken. Darüber verformt sich das Gerüst, und bei einem Erdbeben ist die Masse zugleich die Quelle der Kraft.

„Die Temperaturen auf dem Bildschirm sind Messwerte.“ Sie stammen aus einer einfachen Formel, wie diese Seite an mehreren Stellen sagt. Echte Böden unterscheiden sich je nach Brennstoff, Stein und Lehm.

Dem Haus beim Entstehen zusehen

Beim Öffnen der Seite wird das Haus vor Ihren Augen zusammengefügt. Das National Hanok Center führt die Reihenfolge eines Hanok-Baus auf: den Bauplatz wählen und vorbereiten, die Sockelsteine setzen, das Holz zurichten, dann das Gerüst zusammenbauen. Zuerst gehen die Säulen hoch, darauf werden Balken und Pfetten gelegt, und die Sparren und Dachbretter folgen. Das Aufrichten der Firstpfette wird mit einer Zeremonie namens Sangnyang begangen, weil es das Haupttragwerk vollendet. Dann kommen Lehm und Ziegel, das Wandgerüst und die Lehmwände, und zuletzt der Ausbau: Ondol, Maru-Boden, Geländer und Türen.

Das Modell spielt diese Reihenfolge in etwa sechs Sekunden ab: Sockel und Sockelsteine, Säulen, Balken, Pfetten, Sparren, Lehm und Ziegel, Wände und Türen, Maru, dann das Ondol. Eine Bildunterschrift nennt jede Stufe, sobald sie sitzt. Auf einem langsamen Telefon oder wenn das System reduzierte Bewegung verlangt, beginnt das Haus fertig. „Noch einmal bauen“ im Reiter „Steuerung“ spielt die Abfolge noch einmal ab, und ein Klick auf das Modell springt zum Ende.

Die Wände kommen nach dem Dach, weil sie nichts tragen. Das Gerüst aus Säulen, Balken und Pfetten nimmt das ganze Gewicht des Dachs auf, und der Lehm füllt nur die Räume zwischen den Säulen.

Ein Haus im Lauf des Jahres

Die Leiste am oberen Rand der Bühne (auf dem Telefon unten) schaltet zwischen Frühling, Sommer, Monsun, Herbst und Winter um. Jede Taste setzt auch das Datum, sodass sich die Sonne mitbewegt: 21. März, 21. Juni, 15. Juli, 23. September und 21. Dezember. Auch der Regler Datum ändert die Jahreszeit. Das Modell zählt März bis Mai als Frühling, Juni bis August als Sommer, September bis November als Herbst und Dezember bis Februar als Winter. Innerhalb des Sommers markiert es den 25. Juni bis 26. Juli als Monsun, den Normalwert der Korea Meteorological Administration für 1991 bis 2020 in der Zentralregion, in dem im Mittel etwa 378 mm Regen fallen.

Was sich auf der Bühne ändert:

• der Himmel, das Licht und die Farbe des Hofs (Schnee im Winter, nasser Boden im Monsun);
• ein Kakibaum neben dem Haus, in Blüte, im vollen Laub, im Herbst rot und im Winter kahl mit ein paar Früchten an den Zweigen;
• Schnee auf dem Dach und fallender Schnee im Winter, Regen und Traufentropfen im Monsun, fallende Blätter im Herbst;
• die Türen: im Sommer und im Monsun offen, in den anderen Jahreszeiten geschlossen;
• eine gesichtslose Schaufensterpuppe von 1,7 m Größe, die dort steht, wo sich die Menschen in der Jahreszeit aufhielten: im Sommer auf dem Maru, im Frühling und Herbst im Hof, im Winter an der Feuerstelle.

Das Wetter und die Farben sind Bilder. Die Sonne, die Traufenzahlen und die Tropfkante sind berechnet.

Wo der Regen im Monsun landet

Der Regen läuft die Ziegelrinnen hinab und fällt von der Traufe in einer Linie über das ganze Dach. Im Monsun gibt die Anzeige an, wo diese Linie den Boden trifft, gemessen von der Kante des Steinsockels. Der Sockel reicht 0,9 m über die Säulenlinien hinaus, und die Ziegel im Modell ragen 6 cm über die Sparrenspitzen hinaus, sodass jede Traufe, die länger als etwa 0,85 m ist, ihr Wasser jenseits des Steins abwirft. Bei den voreingestellten 1,3 m fällt es 0,46 m hinter die Kante, was dem Zweck entspricht, den der Artikel des Korea Heritage Service zur Traufe nennt: Der Tropfen landet außerhalb des Sockels, fern vom Fuß der Säulen.

Ihre Breite und die Traufe

Der Abschnitt Ihre Breite und die Traufe im Reiter „Steuerung“ versetzt das Haus auf eine andere geografische Breite. Wählen Sie eine Stadt, ziehen Sie die Breite oder nutzen Sie Meinen Standort verwenden (der Browser fragt zuerst; nur die Breite wird verwendet, auf dieser Seite, und nichts wird gespeichert). Die Sonne auf der Bühne folgt sofort.

Für jede Breite berechnet das Feld zwei Grenzen für dieses Modellhaus bei Sonnenmittag zu den Sonnenwenden. Die kürzeste Traufe, die die Junisonne vom Maru fernhält, ist d = 2,73 ÷ (Tangens der Junimittagshöhe + 0,5). Die längste Traufe, die die Dezembersonne noch bis zur Rückwand lässt, ist d = (2,73 − 2,4 × t) ÷ (t + 0,5), wobei t der Tangens der Dezembermittagshöhe ist. Die vorgeschlagene Traufe ist die längere Grenze, abgerundet auf die Schrittweite des Reglers, weil diese Traufe auch am meisten Regen abhält.

Das sind Modellwerte: die Höhen dieses Hauses, eine gerade Sparrenneigung von 26,6°, ein 2,4 m tiefer Boden und die Sonne zum Sonnenmittag. Nahe dem Äquator steht die Junisonne mittags nördlich des Zenits, sodass für den Sommerschatten keine Südtraufe nötig ist, und die Wintersonne steht zu hoch, um die Rückwand eines 2,4 m tiefen Raums zu erreichen, gleich welche Traufe. Weit im Norden wird das Fenster zwischen den Grenzen breit, und die 2,0 m des Reglers werden zur Grenze. Südlich des Äquators blickt ein Haus nach Norden zur Sonne, deshalb verwendet das Feld dieselben Zahlen gespiegelt.

Das Feuer von Hand nähren

Das Feuerloch liegt am westlichen Ende des Sockels, zum Hof hin. Klicken oder tippen Sie darauf, um eine Ladung Holz nachzulegen; die Taste Feuerstelle in der Leiste der Bühne dreht die Ansicht dorthin. Jede Ladung fügt 40 Prozent eines vollen Feuers hinzu und brennt in etwa 45 Sekunden Modellzeit herunter, der Boden kühlt also wieder ab, wenn nicht mehr Holz nachkommt. Feuer anzünden hält das Feuer voll, als bliebe jemand an der Feuerstelle. Bei eingeschaltetem Ins Innere sehen erwärmen sich zuerst die Steine am Feuer und dann das ferne Ende. Diese Wärmezahlen sind dieselben angenommenen Werte wie im Abschnitt zur Steinplatte oben.

Beim Öffnen der Seite ist das Haus fertig und ein kleines Feuer schon angezündet, sodass Rauch aus dem niedrigen Kamin hinter dem Haus aufsteigt. Dieses Anfangsfeuer zählt für keine Aufgabe.

Das Haus für den Sommer öffnen

Klicken Sie auf die Türen am Modell oder drücken Sie Türen öffnen. Die beiden Papiertüren an der Front des Raums schwingen an ihren Angeln nach außen. Die vier Falttüren zwischen dem Raum und dem Maru, bunhapmun genannt, schwingen hoch zu den Maru-Sparren. Das National Folk Museum beschreibt diese Türart als deureoyeolgae: Sind im Sommer alle Türen hochgehängt, werden der Raum und die Daecheong zu einem einzigen offenen, kühlen Raum. Die Encyclopedia of Korean Culture sagt, die Türen einer Daecheong würden im Sommer gefaltet und an Haken namens deulsoe festgebunden. Das Modell hebt jede Tür in einem Stück an; echte werden meist erst paarweise gefaltet.

Katalog, Aufgaben und verborgene Funde

Der Katalog am Ende des Reiters „Steuerung“ führt 46 Einträge mit je einer Quelle auf: 13 Verbindungen und Stöße, 14 Arten von Dachziegeln, 11 koreanische Gebäude von Palästen bis zu Dorfhäusern und 8 traditionelle Häuser anderswo, von den Gassho-Bauernhäusern von Shirakawa-go über die Hofhäuser von Peking, die Lehm-Tulou von Fujian, die mongolische Ger, die Trulli von Alberobello, die Turmhäuser von Shibam und die Fachwerkhäuser von Quedlinburg bis zu den Lehmhäusern von Yazd. Eine Verbindung oder ein Ziegel öffnet ihre Stelle am Modell. Ein Gebäude setzt die Breite, sodass sich die Traufengrenzen auf diesen Ort ändern.

Es gibt 13 Aufgaben, etwa eine Sagae-Verbindung von Hand zu fügen, den Maru im Juni mit einer Traufe von höchstens 1,0 m zu beschatten und den Boden auf 40°C zu erwärmen. Sie zählen nur nach Ihrer eigenen Eingabe, nie während der Eröffnungsszene, der Führung oder des automatischen Ablaufs, und sie werden in diesem Browser gespeichert. Zehn verborgene Funde öffnen sich, wenn das Modell bestimmte Zustände erreicht.

Probieren Sie es auf dem Bildschirm

1. Stellen Sie Datum auf den 21. Juni und Sonnenzeit auf 12:00 und ziehen Sie Traufentiefe von 0,6 auf 2,0. Vergleichen Sie die Schattenkante mit der Tabelle oben. Bei 0,6 m erreicht das Licht gerade die vordere Säulenlinie.
2. Stellen Sie Datum auf den 21. Dezember und suchen Sie die größte Traufentiefe, bei der das Licht noch die Rückwand erreicht. Sie sollte nahe 1,33 m liegen, 1,35 sollte also nicht mehr reichen.
3. Stellen Sie Datum auf den 21. März und erhöhen Sie Traufentiefe auf 1,6. Die Anzeige sollte den Boden mittags voll beschattet zeigen.
4. Stellen Sie Verbindung auf 0 und ziehen Sie Verbindung lösen nach oben. Das obere Bauteil kommt vor dem unteren heraus. Stellen Sie dann Verbindung auf 1 und vergleichen Sie, wie der Schwalbenschwanz herauskommt.
5. Schalten Sie Lastweg ein und folgen Sie den orangefarbenen Linien vom First bis zu den Sockelsteinen. Finden Sie den Firstständer, der die Firstlast in die Mitte des Balkens bringt.
6. Schalten Sie Ins Innere sehen und Feuer anzünden ein und beobachten Sie, welche Steine zuerst die Farbe wechseln. Vergleichen Sie das nahe und das ferne Ende mit den Zielwerten im Abschnitt zur Wärme.
7. Drücken Sie Monsun und ziehen Sie den roten Knopf an der Traufspitze zum Haus hin. Finden Sie die Tiefe, bei der die Tropfkante vom Hof auf den Sockel wandert.
8. Drücken Sie Feuerstelle und klicken Sie dreimal auf das Feuerloch. Beobachten Sie bei eingeschaltetem Ins Innere sehen, wie das warme Ende 40°C überschreitet.
9. Wählen Sie im Breitenabschnitt Oslo, dann Singapur, und vergleichen Sie die vorgeschlagenen Traufen mit der Tabelle oben.
10. Wählen Sie die Sagae-Verbindung, ziehen Sie ihren oberen Balken aus der Säule nach oben und drücken Sie ihn wieder hinunter, bis er einrastet.

Eine kurze Geschichte von Ondol und Maru

Nach dem National Folk Museum liegen die ältesten in Südkorea gefundenen L-förmigen Züge an einer Grubenhaus-Fundstelle in Seodun-dong, Suwon, aus der frühen Eisenzeit. Ein beheizter Boden, der einen ganzen Raum bedeckt, war nach vorherrschender Ansicht in der späten Goryeo-Zeit ausgereift, wurde aber lange Zeit in großen Häusern sparsam verwendet. Im 17. Jahrhundert, einer Zeit strenger Winter und Dürren, verbreitete er sich über alle Regionen und Schichten. Ein erhöhter Holzboden und ein Ondol-Boden unter einem Dach sollen etwa gegen Ende der Goryeo-Zeit zusammengekommen sein. Die Ondol-Kultur wurde am 30. April 2018 zum Nationalen Immateriellen Kulturerbe erklärt.