Купола и соборы

За каждым декоративным элементом больших храмов скрывается борьба с силой тяжести и битва за свет. Есть фундаментальная проблема строительства — камни давят не только вниз, но и в стороны (распор) — стены хотят разъехаться. Чем шире пролет купола и чем тяжелее его свод, тем сильнее распор. Вся история строительной инженерии до изобретения стального каркаса — это история борьбы с распором.

Самый древний и очевидный способ: сделать стены настолько толстыми и тяжелыми, чтобы они просто не могли сдвинуться. Именно так строили романские соборы X–XII веков. Стены полутораметровой толщины и маленькие окна — потому что каждое окно ослабляет стену. Романский собор не случайно похож на крепость — его задача не расползтись в стороны под тяжестью купола. Часто стены клали с небольшим наклоном внутрь, чтобы стена работала и как контрфорс. Но в результате внутри собора было темно, пространство давило на прихожан, а богослужение происходит в полумраке. Я недавно рассказывал про аббатство Сан-Микеле — это классический романский стиль.

А потом появляется готика. Готические архитекторы сделали важнейшее открытие: не нужно сопротивляться распору по всей длине стены — можно перехватить его в конкретных точках и отвести в сторону. Это позволило сделать стены тонкими и прорезать их огромными окнами. Христианские храмы впервые наполнились светом.

Готика изобрела несколько новых инженерных решений.

Стрельчатая арка. В отличие от полукруглой романской арки, стрельчатая направляет нагрузку более вертикально вниз и меньше в стороны. Это уже снижает распор, хотя не устраняет его.

Нервюрный свод — вместо сплошной тяжелой оболочки — легкий каркас из каменных ребер, заполненный тонкими плитами. Вес свода резко падает, а нагрузка концентрируется в ребрах и передается в конкретные точки — прямо на колонны.

Аркбутан — гениальное решение, превратившее внешний вид готического собора в то фантастическое зрелище, которое мы знаем. Это вылетающая арка, которая перекидывается от верха стены через боковой неф к внешнему контрфорсу. Она перехватывает распор именно там, где он возникает, и передает его через воздух — поверх бокового нефа — на массивный внешний устой.

Нотр-Дам-де-Пари или Миланский собор — снаружи они выглядят как существа с множеством каменных лап, упирающихся в землю вокруг центрального тела. Это и есть система аркбутанов. Если их убрать, собор немедленно начнет разваливаться.

Кроме того, на верхушках контрфорсов готических соборов почти всегда стоят пинакли — декоративные каменные шпили. Это не только украшение — они выполняют важнейшую инженерную функцию: своим весом давят на контрфорс, не давая аркбутану сдвинуть его.

Были и другие инженерные решения, которые не бросались в глаза. В соборе Сиены внутри свода замурованы железные цепи — они работают на растяжение и не дают арке расползтись. Пантеон в Риме содержит в куполе ряды бронзовых скоб. Брунеллески пошел еще дальше: в основании флорентийского купола замурованы каменные и деревянные кольца, стянутые железными цепями — горизонтальный пояс, работающий как обруч бочки и не дающий куполу расползаться.

У Брунеллески было два купола. Кристофер Рен в соборе Святого Павла в Лондоне сделал три купола. Внешний — красивый, видимый снаружи. Внутренний — красивый, видимый изнутри. А между ними — третий, конический, из кирпича, невидимый никому. Именно он несет нагрузку фонаря на вершине и передает ее вниз.

А вот в Айя-София с гравитацией византийцы боролись иначе. Архитекторы Анфимий и Исидор понимали, что главный враг купола — его собственный вес. Они решили эту проблему радикально — сделали купол легким. Кирпич для него специально обжигали на острове Родос из особой пористой глины: он был в несколько раз легче обычного и при этом прочнее. Строительство собора поглотило три годовых дохода Византийской империи. Юстиниан, войдя в построенный собор, воскликнул: «Соломон, я превзошел тебя».

Но через двадцать лет после постройки во время землетрясения купол обрушился. Тогда новый купол сделали выше на шесть метров — более высокий купол имеет меньший угол распора. По основанию купола идут сорок окон, которые ослабляют нижний пояс купола, но одновременно делают конструкцию более гибкой и менее восприимчивой к сейсмическим колебаниям. А вот нагромождения небольших куполов вокруг центрального купола являются подпорками, не позволяя куполу расползтись. Это каскадная система передачи сил, в которой каждый элемент разгружает предыдущий.

Внутри кажется, что купол не опирается ни на что, а парит в воздухе. Прокопий Кесарийский в VI веке писал, что купол «подвешен к небу на золотой цепи». Когда османы взяли Константинополь в 1453 году, Мехмед II первым делом пришел в Айя-Софию и долго стоял там молча потрясенный. К собору приделали минареты и превратили в мечеть.

Аббатство Сан Микеле недалеко от Турина. Оно вдохновило Умберто Эко на роман "Имя розы"

Миланский собор в XVIII веке и сегодня

Ай-София