Знаменитые купольные постройки

Волочай О. Знаменитые купольные постройки Строительство и реконструкция 7 февраля 2003 (№ 1-2) С. 55

Развитие технологий

Родственный арке, купол был неизвестен египтянам и редко использовался греками, но стал важным элементом в римской архитектуре. Попытки создания криволинейных крыш, в том числе и куполов, предпринимались еще в Древнем Риме.



В Византии купола сооружали, в основном, из кирпича, который укладывали рядами, причем так, чтобы каждый кирпич лежал своей плоской стороной на линии, исходящей из противолежащей точки основания свода, а не из его центра, в результате ряды становились не такими крутыми.

До V столетия купола сооружались только над круглыми в плане сооружениями. В 537 г, архитекторами Исидором из Милета и Анфимием из Тралл купол был возведен над квадратным в плане сооружением. Поддерживаемые столбами арки, своды, полукупола и купола стали ведущими конструктивными элементами. Дальнейшее развитие структур и форм самого купола сдерживалось В«кирпичнойВ» технологией его строительства. В XIX веке появились купола на основе металлического каркаса, что намного снизило их массу и позволило значительно увеличить размеры. В моду вошли прозрачные купола — застекленные металлические каркасы. В этом же веке началось строительство куполов на основе сетчатых конструкций. Предположительно, автор сетчатой конструкции, которая представляет собой систему металлических стержней одинакового сечения, перекрещивающихся в двух направлениях, — русский инженер В. Г. Шухов. Идея ее создания родилась благодаря обычному плетеному кашпо. Оказалось, цветочное кашпо обладает такой прочностью, что способно выдержать вес взрослого человека.

В XX веке количество структур и форм куполов значительно увеличилось: появились ребристые, ребристо-кольцевые, с волнистой внутренней поверхностью, В«геодезическиеВ» (образованные из стандартных многоугольных элементов), сборные и т.д. Был создан новый тип купола — купол, возведенный на основе воздушной формы.

Революционные купола

Самая большая из сохранившихся античных купольных построек — Пантеон (В«Храм всех боговВ») — древнейший храм в Риме. Вплоть до XIX в. он был обладателем купола самого большого диаметра.

Средневековая легенда гласит, что этот гигантский купол был построен на огромной куче мусора, нагроможденной внутри барабана. А чтобы эту кучу быстрее разгребли, когда купол будет завершен, император Адриан велел разбросать под ней куски золота. Не менее хитроумной была и строительная техника: вокруг деревянных кессонных форм постепенно заливались слои бетона. Состав бетона менялся в зависимости от высоты купола: в нижних поясах наполнителем служила твердая травертиновая крошка, в верхних — крошка туфа и легкой пемзы. По направлению к вершине бетонная масса купола (около 5 тыс. т.) постепенно уменьшается: в основании слой бетона достигает 6 м, а наверху его толщина всего 1,5 м.

Полусферический купол имеет в центре круглое обрамленное бронзовым бордюром отверстие (опайон) диаметром около 9 м — единственный источник освещения. Через него в храм проникают солнечные лучи. Таким же образом сюда попадает и дождь. Мраморный пол посредине немного приподнят, и дождевая вода скатывается к сточным желобам, расположенным вдоль стен.

Внутренняя бетонная поверхность купола выложена 140 кессонами: пять горизонтальных рядов с 28 кессонами в каждом, причем, чем ближе к вершине, тем меньше углубления. Купол поднимается над ротондой на 22 м и имеет диаметр 43,5 м.

Пантеон хорошо сохранился до наших дней благодаря тому, что с 609 г. он был превращен в христианский храм Санта-Мария ад Мартирес (Санта-Мария Ротонда, или просто Ротонда).

Несколько столетий спустя был построен еще один огромный купол. Диаметром 33 м и высотой около 60 м над уровнем пола. Он принадлежит храму Святой Софии (Hagia Sofia) в Стамбуле. Это первый купол, возведенный над квадратным основанием. Его строительство стало возможным благодаря изобретению принципа распределения давления купола при помощи системы полукуполов, экседр и арок, соединенных в единое целое.

По углам основы были построены четыре массивных столба, площадью приблизительно в 100 м2. На них установлены четыре арки, а между ними расположились изогнутые треугольные формы — паруса свода. Паруса свода и вершины арок сформировали надежный В«фундаментВ» для купола. С востока и запада к куполу примыкают два больших полукупола. Такая конструкция сделала Святую Софию одним из наиболее сложных зданий древней архитектуры. Эта разработка византийских зодчих привела к появлению и развитию так называемых крестово-купольных храмов, которые в течение нескольких столетий оставались ведущими как в византийском зодчестве, так и зодчестве Восточной Европы.

Через 22 года, в результате землетрясения, купол был разрушен и восстановлен из более легких материалов. В очередной раз, он пострадал от землетрясения в 1344 г. Для того чтобы восстановить купол потребовалось ввести специальный налог и объявить сбор пожертвований.

Купол прорезан у основания кольцом из 40 оконных проемов. Залитый светом, он будто парит в воздухе — взгляд скользит по вогнутым поверхностям арок, экседр и полукуполов. Все вогнутые поверхности полукуполов и арок украшены великолепной золотой мозаикой. В 1453 г., после завоевания Константинополя турки превратили Святую Софию в мечеть: крест над куполом заменили полумесяцем, пристроили четыре минарета, а мозаики закрыли слоем штукатурки. В 1934 г. Святая София перестала действовать как мечеть. А год спустя, четвертый в мире по величине собор стал музеем, сохранив в своих стенах характерные черты двух религий.

Громадный купол должен был стать центральным элементом и Флорентийского собора. Его строительство началось в XIII веке крупнейшим архитектором того времени Арнольдо ди Камбио. Здание собора задумывалось так, В«чтобы нельзя было потребовать от человеческих сил и рвения ни большей по размерам, ни более прекрасной постройкиВ». Символ богатства и мощи Флоренции позже был переименован в Санта-Мария дель Фьоре. Но в 1302 году Арнольдо ди Камбио скончался, частично возведя только фасад и боковые стены. Вскоре строительные работы были остановлены. Полвека спустя флорентийцы объявили конкурс на проект завершения строительства. За возведение огромного купола никто не решился взяться, и на месте собора по-прежнему стоял один фасад.

В 1420 г. для обсуждения метода строительства купола были собраны крупнейшие архитекторы мира. Среди разных мнений выделилось предложение Филиппе Брунеллески: в целях экономии материалов возводить купол без строительных лесов. При этом он должен быть не сферическим, иначе верхняя часть такого купола обвалится, а стрельчатым, вытянутым вверх и ребристым. Восемь ребер купола должны принять на себя основную нагрузку. Между ними Брунеллески расположил 16 вспомогательных ребер. Сходясь наверху, эти ребра сформировали структуру свода и его окулюс. Главные ребра В«несутВ» не одну, а две оболочки купола. На уровне перегиба ребра связаны В«цепямиВ» из массивных деревянных брусьев, соединенных железными скрепами. Брунеллески удалось убедить коллег в верности своих расчетов. Так у Флорентийского собора появились реальные шансы быть завершенным.

Купол был построен в 1446 году. Его диаметр составляет 42 м. Купол Санта-Мария дель Фьоре стал одним из первых шагов перехода от архитектуры Средневековья к архитектуре Ренессанса.

Климатрон и Астродом

В 1960 году появился еще один уникальный купол — Климатрон. Первый геодезический купол, используемый как оранжерея, стал главным В«экспонатомВ» ботанического сада в Сент-Луисе. Необычное название дал ему Фриц Вэнт, директор сада. Оно символизирует полную управляемость климата в оранжерее. Но техническое воплощение идеи Вэнта оказалось не на высшем уровне. Через несколько лет после завершения строительства Климатрон начал разваливаться: алюминиевый каркас перекосился, пластмассовое В«застеклениеВ» изменило цвет. Купол утратил герметичность.

В 1988 г. на реконструкцию Климатрона ушло $6 млн. Было принято решение все пластмассовые В«стеклаВ» заменить настоящими. Но стекло тяжелее пластмассы. Значит надо усилить каркас. Как это сделать? Пришлось построить еще один купол меньшего диаметра, который по сей день исполняет роль подпорки.

Повторно Климатрон был открыт в 1990 году. Около 3 тыс. стекол купола имеют треугольную форму 72 различных конфигураций. Купол диаметром 53 м и высотой 21 м не имеет никакой внутренней поддержки.

В 1961 г. создатели Климатрона получили премию Reynolds за удачное использование алюминиевых конструкций. В 1976 г. оранжерея была названа одним из 100 наиболее существенных архитектурных достижений в истории Соединенных Штатов Америки.

В 1965 г. в Хьюстоне появился один из крупнейших крытых стадионов — Астродом. Для того чтобы В«смягчитьВ» малопригодные для проведения спортивных соревнований погодные условия, владелец одной из бейсбольных команд Рой Хофхейнз, решил накрыть стадион огромным куполом.

Свое название стадион получил благодаря расположенному рядом космическому штабу НАСА.

При его строительстве была использована масса технических новинок. Искусственный микроклимат внутри 18-этажного сооружения поддерживается только кондиционерами. Но с началом проведения соревнований выяснилось, что играть в бейсбол на стадионе невозможно — более четырех тысяч окон купола действовали как линзы, улавливая солнечные лучи и слепя игроков. Часть окон покрыли белой краской. Вскоре после этого погибла вся трава, покрывающая стадион — солнечного света катастрофически не хватало. Хофхейнз нашел выход и из этого положения. Была создана искусственная, пластмассовая трава — Астроторф. Впоследствии игроки бейсбольных команд частенько жаловались, что она слишком жесткая и травмирует при падениях. Но кто станет обращать внимание на такие мелочи. В 1987 г. была проведена реконструкция купола, стоимостью $100 млн.

Технологии строительства куполообразных крыш продолжали развиваться. И вскоре появились купола, которые в хорошую погоду можно было открыть как форточку. Используя эту технологию в 1989 г. в Торонто был построен стадион В«SkyDomeВ». Строительство обошлось в $500 млн. Купол В«SkyDomeВ», несмотря на свой огромный вес — 11 тыс. т. и площадь — 3,2 га, в течение двадцати минут складывается и исчезает. Крыша состоит из трех подвижных и одной В«стационарнойВ» стальных групп. Во время В«складыванияВ» две секции купола перемещаются по параллельным рельсам и одна — по круглым. Для приведения крыши в движение установлены 54 двигателя общей мощностью 750 лошадиных сил.

ИНТЕРЕСНО ЗНАТЬ

Секрет Святой Софии — сейсмоустойчивый цемент

Группа ученых в результате проведенных исследований пришла к выводу, что строители Святой Софии, византийского собора VI века, до сих пор украшающего Стамбул, изобрели цемент, обладавший сейсмоустойчивыми характеристиками, за 1300 лет до того, как строительный материал с подобными характеристиками стал широко применяться в мире. Многие из окружавших церковь зданий давно уступили натиску времени и природы и были разрушены, в том числе в результате землетрясений, говорится в докладе, опубликованном в английском журнале В«The New ScientistВ». Что касается здания церкви, то оно неоднократно выдерживало землетрясения до 7,5 баллов по шкале Рихтера, говорится в докладе группы исследователей, возглавляемой Антонией Моропулу из Афинского национального технического университета. Ученые обнаружили, что цемент содержал раствор силиката кальция, похожий на тот, с помощью которого производился портлендский цемент, запатентованный в 1824 году англичанином Джозефом Аспдином, хотя, как известно, архитекторы Антемий Тралльский и Исидор Милетский использовали его уже в 532 году. Член исследовательской группы Ахмет Какмак из Принстонского Университета сообщил, что в раствор добавлялся вулканический пепел или какой-то другой силикат, в результате чего получался материал, способный выдержать сильное землетрясение. В«Византийцы точно знали, что они делали. Они были очень продвинутыми ученымиВ», — заявил он. Исследователи надеются, что им удастся воспроизвести строительный раствор, чтобы впоследствии использовать его для реставрации здания.