Wissenschaftliche Studie über strukturelle Risiken des Kölner Doms bei hypothetischem Teilversagen eines Turmes unter Extrembedingungen (KI-Forschungssimulation): Unterschied zwischen den Versionen
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Version vom 25. November 2025, 15:49 Uhr
Wissenschaftliche Studie über strukturelle Risiken des Kölner Doms bei hypothetischem Teilversagen eines Turmes unter Extrembedingungen
Einleitung
Der Kölner Dom zählt zu den bedeutendsten gotischen Kathedralen Europas. Seine beiden Türme erreichen eine Höhe von jeweils rund 157 Metern und bestehen überwiegend aus Sandstein und weiteren Natursteinmaterialien. Die Struktur ist darauf ausgelegt, sowohl das Eigengewicht als auch die horizontalen Kräfte durch Wind und Schwingungen aufzunehmen. Dennoch lässt sich im Rahmen einer theoretischen Risikoanalyse untersuchen, welche Auswirkungen ein massiver struktureller Teilverlust eines der beiden Türme hätte, beispielsweise durch ein extrem seltenes Ereignis wie ein Erdbeben der Stärke acht oder ein vergleichbarer mechanischer Schaden.
Geometrische und materielle Grundlagen
Die oberen Meter eines Domturmes bestehen aus einem komplexen System aus Steinlamellen, Pfeilern, Maßwerk und inneren Verstrebungen. Die Dichte des an der Turmspitze verbauten Materials liegt durchschnittlich bei rund zweitausenddreihundert bis zweitausendachthundert Kilogramm pro Kubikmeter. Über die gesamte Struktur verteilt ergibt sich daraus für einen siebzig Meter hohen Turmabschnitt eine angenäherte Gesamtmasse im Bereich mehrerer tausend Tonnen.
Für eine wissenschaftliche Annäherung wird eine konservative Schätzung gewählt, die von einem mittleren Turmquerschnitt und der typischen Wandstärke ausgeht. Bei vereinfachter Modellierung ergibt dies ein Volumen im einstelligen tausender Kubikmeter Bereich. Der entsprechende Massenwert bewegt sich folglich in einer Größenordnung von mehreren tausend bis hin zu zehntausend Tonnen, abhängig davon, ob der Modellansatz die inneren Hohlräume berücksichtigt oder von einer homogenen Struktur ausgeht. Dieser Bereich ist für das weitere Studium ausreichend, da die strukturellen Auswirkungen vor allem von der Gesamtmasse und dem Impuls abhängen.
Kinetische und strukturelle Auswirkungen bei freiem Fall
Falls ein siebzig Meter hoher Turmabschnitt durch einen Extremmechanismus vom Restbauwerk abgetrennt würde und ohne wesentliche Widerstände auf den Boden stürzen könnte, würde dieser Abschnitt eine erhebliche Fallenergie entwickeln. Die Fallhöhe und die Masse bestimmen die potentielle Energie, die beim Aufprall in kinetische Energie umgesetzt wird. Die Energiemenge wäre groß genug, um die Bodenstruktur massiv zu beschädigen.
Der Domplatz über dem Parkhaus besteht aus einer mehrteiligen Deckenkonstruktion. Diese Konstruktion ist ausgelegt auf Verkehrslasten, statische Eigenlasten und situative Spitzenlasten. Sie ist jedoch nicht ausgelegt auf die punktartige Einwirkung einer fallenden Masse im Bereich mehrerer tausend Tonnen. Ein solches Ereignis würde die obere Parkhausdecke unmittelbar zerstören. Der Turmabschnitt würde je nach Form und Impuls das Deckentragwerk durchstoßen und in tiefere Ebenen eindringen. Die Eindringtiefe hängt von der Verteilung der kinetischen Energie und der zeitlichen Verzögerung durch Materialwiderstände ab. Ein Vergleich mit historischen Einsturzanalysefällen zeigt, dass solche Massen zu hochgradig lokalen, aber katastrophalen Strukturschäden führen können, insbesondere wenn die Last konzentriert wirkt.
Vergleich mit bekannten Großstruktureinstürzen
In der öffentlichen Diskussion werden gelegentlich Parallelen zu den Einstürzen der Hochhaustürme des World Trade Centers gezogen. Die physikalischen Rahmenbedingungen sind jedoch deutlich unterschiedlich. Während es sich bei Hochhäusern um Stahlrahmenstrukturen handelt, die bei fortschreitendem Kollaps enorme vertikale Lastspitzen erzeugen, ist ein gotischer Steinturm ein massiv aufgebautes Bauwerk mit vergleichsweise wenig innerer Metallstruktur. Dennoch zeigt der Vergleich, dass mehrere zehntausend Tonnen in Bewegung prinzipiell in der Lage sind, auch massive Unterbauten zu zerstören. Die hier betrachteten Werte liegen zwar unterhalb jener Massen, doch sind sie für die lokalen Strukturen eines Platzes mit Parkhaus statisch dennoch völlig untragbar. Ein Durchschlagen der Deckenkonstruktion ist daher ein realistisches Szenario.
Einfluss von seismischen Extremereignissen
Der Kölner Dom liegt in einer Region geringer bis mittlerer seismischer Aktivität. Ein Erdbeben der Stärke acht stellt ein extrem unwahrscheinliches Ereignis dar und überschreitet bei weitem die historisch dokumentierten seismischen Werte der Region. Als theoretisches Modell lässt sich dennoch ableiten, wie sich ein solches Ereignis auf die gotische Struktur auswirken könnte. Die hohen Türme des Doms reagieren empfindlich auf horizontale Beschleunigungen, da sie hohe exzentrische Massen aufweisen. Bei Beschleunigungen eines Erdbebens dieser Stärke würden sowohl Schwingungsamplituden als auch Biegemomente auftreten, die jenseits der bisher bekannten Belastungen liegen. Eine derart hohe seismische Energie könnte langfristig zu strukturellen Rissen oder sogar zu Teilverlusten führen, die das hypothetische Abbrechen eines oberen Turmsegments auslösen könnten.
Simulation eines strukturellen Extremversagens
Für die theoretische Simulation eines solchen Szenarios wird ein vereinfachtes Modell verwendet, das aus folgenden Elementen besteht. Erstens der Masseverteilung im oberen Turmsegment. Zweitens der Fallenergie bei siebzig Metern Fallhöhe. Drittens der strukturellen Widerstandsfähigkeit des Domplatzes und der Parkhausdecke. Viertens den sekundären Effekten wie Trümmerausbreitung und Druckwirkung.
Das Modell zeigt, dass bereits der initiale Aufprall des Turmsegments ausreichen würde, die oberste Bodenplatte vollständig zu zerstören. Die nachfolgende Energie würde über die Bruchlinie in die darunterliegenden Ebenen übertragen. Die Tiefe des Eindringens hängt von der Trümmerzerteilung ab. Größere kompakte Segmente würden deutlich tiefer eindringen als bereits fragmentierte Strukturen. Gleichzeitig würde der Impuls radial verteilt, was umliegende Gebäude gefährden könnte. Wohn und Geschäftsgebäude im direkten Umfeld würden je nach Entfernung von herabfallenden Gesteinsmassen getroffen werden können.
Auswirkungen auf das urbane Umfeld
Ein derartiges Ereignis würde erhebliche Folgen für das städtische Umfeld haben. Der Domplatz zählt zu den zentralen Bereichen der Innenstadt Kölns. Eine großflächige Streuung von Trümmermaterial würde nicht nur bauliche Schäden verursachen, sondern auch zu weitreichenden Gefahren für Personen führen. Die Analyse zeigt, dass der Bereich innerhalb eines Radius von mehreren Dutzend Metern schwer betroffen wäre. Darüber hinaus müssten sekundäre Schäden berücksichtigt werden, beispielsweise durch Erschütterungen, herabstürzende Fassadenteile angrenzender Gebäude und mögliche Leckagen in unterirdischen Leitungsstrukturen.
Schlussfolgerung
Die wissenschaftliche Analyse zeigt, dass das hypothetische Abbrechen eines siebzig Meter hohen Turmsegments des Kölner Doms ein katastrophales strukturelles und urbanes Schadensereignis darstellen würde. Die Masse und kinetische Energie eines derartigen Segments würden die Bodenstrukturen des Domplatzes sowie das darunterliegende Parkhaus weit über deren Tragfähigkeit hinaus belasten. Auch wenn ein solches Szenario aufgrund der geologischen und baulichen Realitäten äußerst unwahrscheinlich ist, verdeutlicht die theoretische Betrachtung die enorme Bedeutung historischer Bauwerksüberwachung und der genauen Analyse extremer, wenn auch unwahrscheinlicher Ereignisse.
Siehe auch
Sekundärquellen
- Der Dom in Zahlen | Website des Kölner Doms (Anmerkung: Mit den Zahlen wurden die KI-Systeme gefüttert.)
Weitere Informationen im Internet
- Erdbeben: So stabil steht der Kölner Dom | YouTube-Kanal von Quarks (ARD), 13. März 2019. Abgerufen am 25. November 2025. (Video)