Откуда у архитектуры ноги растут. Часть вторая. Арка, свод, купол

Поскольку я сегодня Берта-хромоножка, порадую-ка я вас следующей частью архитектурного научпопа. В прошлый раз, обсудив стоечно-балочную систему и древнегреческий ордер, как самый яркий ее пример, мы остановились на римской триумфальной арке, которая вроде бы и использует ордер, но совсем не так, как это было задумано изначально.

Смотрим еще раз, внимательно:

В отличие от древнегреческого ордера, где колонны (стойка) несут архитравную балку и перекрытие, здесь колонны никого никуда не несут. Отковыряй их - и конструктивно ничего не изменится. Что же тогда здесь работает несущим элементом?

Арка. Гениальнейшее изобретение римлян заключается в конструкции, которая несет саму себя и при этом оптимально воспринимает нагрузки. У кого был сопромат, помнит, что такое эпюра - график, иллюстрирующий распределение нагрузки на тот или иной объект (в нашем случае, конструкцию). Эпюра нагрузки на обычную балку выглядит так:

А на арку - вот так:

Для непосвященных поясню - заштрихованная область соответствует величине момента. Чем он больше, тем сильнее изгибается конструкция под воздействием приложенных к ней сил. И по графикам хорошо видно, насколько меньше это значение в арке. Благодаря этому аркой можно перекрыть значительно большие пролеты, чем балкой. Круто? Круто.

Но римляне, конечно, никаких эпюр не строили и не догадывались, насколько они круты. У меня есть большое подозрение, что пришли они к арке вовсе даже потому, что камня у них было больше, чем дерево, а из камня проще возвести арку, чем сделать балку.

Плюс ко всему, арка - куда более устойчивая конструкция, чем обычная стоечно-балочная система без перевязки.

Ну и дальше понеслось...

Акведук в Малаге, Испания

Колизей в Риме

Арка Тита в Риме

Ну и, конечно же, понятно, что арка может работать не только в плоскости. Благодаря чему появляется свод.

Базилика Максенция. Рим

Из вытянутой арки свод эволюционировал дальше, и получился так называемый крестовый свод

Изобретение арки и свода - на мой взгляд, одни из самых значительных в архитектуре. Они позволили возводить постройки, по масштабу до того совершенно немыслимые. Да, пирамиды Гизы огромны - но по сути это груда камней с проковыренными внутри несколькими комнатками и шахтами. С появлением арки и свода появилась возможность создавать единое пространство, вмещающее сотни, а то и тысячи людей.

А уж когда к ним добавился купол...

Сама идея перекрывать круглое помещение консольно сложенными рядами камней или кирпича появилась в глубокой древности. Однако именно римляне впервые использовали его как средство воздействия на зрителя. Знакомьтесь, это - Пантеон. Самый древний из существующих сейчас куполов:

Построен в 126 г. н.э. Диаметр - 43 метра. Большая штука. Внушительная.

Внушительная еще больше, если знать, как выглядит ее разрез.

Вот где пригодился римлянам изобретенный бетон! Весь купол сделан из него, причем для облегчения в бетон добавлялась пемза, а внутренняя поверхность кессонированная. Кессон - еще одно изобретение римлян. Имитируя стоечно-балочную систему греков, они быстро додумались, что таким образом можно облегчать каменную конструкцию свода.

Впрочем... Облегчить-то они, конечно, облегчили. А вот что делать с распором - еще не придумали.

Толщина опорного кольца купола Пантеона - 7 м. 7 метров! У меня глубина квартиры меньше. А там это просто толща стены, единственная задача которого - гасить распор. Потому что купол в первую очередь хочет схлопнуться под собственным весом. И как не дать ему это сделать, не заливая в стены тонны бетона (вот она, магическая сила экономического кризиса, призывающего оптимизировать затраты!) - задача, которую решали на протяжении последующих веков.

И решили в конце-концов.

В 537 году было завершено строительство собора святой Софии в Константинополе.

Фотография, на самом деле, не передает ощущение масштаба. Айя София огромна. Она просто немыслимо огромна. Самое сильное мое ощущение от ее посещения - такого не может быть.

Сам купол у Софии меньше, чем в Пантеоне. Но - внутреннее пространство намного больше (картинка для сравнения)

Слева - София, справа - Пантеон. И, как видите, никаких вам 7ми метровых стен. Только распределение нагрузки, только хардкор.

Распор купола передается на боковые апсиды (полукупола) и арки, они передают нагрузку на следующие апсиды и арки... И так далее. Распорный фрактал.)

Единственным недостатком Айя Софии стало то, что вместо четырех апсид в ней есть только две. А купол-то давит равномерно во все стороны. Из-за этого конструкция получилась недостаточно устойчивой, и в 989 году во время землетрясения купол рухнул. После этого к боковым стенам пристроили контрфорсы, которые гасят боковой распор. Мусульмане взяли это на заметку, и в своих мечетях, построенных по образу и подобию Софии, делали уже четыре апсиды.

Оптимальная схема гашения распора купола - крестово-купольная. 

Это схема была широко распространена в Византии и в странах, принявших вслед за ней православие.

Западная архитектура в качестве образца приняла трехнефную схему римской базилики - так строились романские и готические соборы.

Но о них я расскажу в следующий раз. А заодно объясню, что на самом деле означает "красив, как готический собор". Потому что это вовсе не то, о чем все подумали.)