Знамениті купольні будівлі
Споріднений арці, купол був невідомий єгиптянам і рідко використовувався греками, але став важливим елементом у римській архітектурі. Спроби створення криволінійних дахів, зокрема і куполів, робилися ще Стародавньому Римі.
У Візантії куполи споруджували, в основному, з цегли, яку укладали рядами, причому так, щоб кожна цегла лежала своєю плоскою стороною на лінії, що виходить з протилежної точки основи склепіння, а не з його центру, в результаті ряди ставали не такими крутими.
До V століття куполи споруджувалися лише над круглими у плані спорудами. У 537 р, архітекторами Ісідором з Мілета та Анфімієм з Тралл купол був зведений над квадратною в плані спорудою. Підтримувані стовпами арки, склепіння, напівкуполи та куполи стали провідними конструктивними елементами. Подальший розвиток структур та форм самого купола стримувався «цегляною» технологією його будівництва.
Виявилося, квіткове кашпо має таку міцність, що здатне витримати вагу дорослої людини. У XX столітті кількість структур та форм куполів значно збільшилася: з'явилися ребристі, ребристо-кільцеві, з хвилястою внутрішньою поверхнею, «геодезичні» (утворені зі стандартних багатокутних елементів), збірні тощо. Було створено новий тип купола — купол, зведений з урахуванням повітряної форми.
Революційні куполи Найбільша з збережених античних купольних будівель — Пантеон («Храм всіх богів») — найдавніший храм у Римі. Аж до XIX ст. він був володарем бані найбільшого діаметра.
Середньовічна легенда свідчить, що цей гігантський купол був побудований на величезній купі сміття, нагромадженій усередині барабана. А щоб цю купу швидше розгребли, коли купол буде завершено, імператор Адріан наказав розкидати під нею.шматки золота. Не менш хитромудрою була і будівельна техніка: довкола дерев'яних кесонних форм поступово заливались шари бетону. Склад бетону змінювався залежно від висоти бані: у нижніх поясах наповнювачем служила тверда травертинова крихта, у верхніх — крихта туфу та легкої пемзи. У напрямку до вершини бетонна маса куполи (близько 5 тис. т.) поступово зменшується: в основі шар бетону досягає 6 м, а нагорі його товщина всього 1,5 м.
Напівсферичний купол має в центрі круглий обрамлений бронзовим бордюром отвір (опайон) діаметром близько 9 м - єдине джерело освітлення. Через нього до храму проникають сонячні промені. Так само сюди потрапляє і дощ. Мармурова підлога посередині трохи піднята, і дощова вода скочується до стічних жолобів, розташованих уздовж стін. Внутрішня бетонна поверхня купола викладена 140 кесонами: п'ять горизонтальних рядів з 28 кесонами в кожному, причому чим ближче до вершини, тим менше поглиблення. Купол піднімається над ротондою на 22 м і має діаметр 43,5 м. Пантеон добре зберігся до наших днів завдяки тому, що з 609 р. він був перетворений на християнський храм Санта-Марія ад Мартірес (Санта-Марія Ротонда, або просто Ротонда).
Через кілька століть був побудований ще один величезний купол. Діаметром 33 м та висотою близько 60 м над рівнем підлоги. Він належить до храму Святої Софії (Hagia Sofia) у Стамбулі. Це перший купол, зведений над квадратною основою. Його будівництво стало можливим завдяки винаходу принципу розподілу тиску купола за допомогою системи напівкуполів, екседр та арок, з'єднаних в єдине ціле.
По кутах основи було побудовано чотири масивні стовпи, площею приблизно 100 м2. На них встановлено чотири арки, а між ними розташувалися вигнутітрикутні форми - вітрила склепіння. Вітрила склепіння та вершини арок сформували надійний «фундамент» для купола. Зі сходу і заходу до купола примикають два великі напівкуполи. Така конструкція зробила Святу Софію однією з найскладніших будівель стародавньої архітектури. Ця розробка візантійських архітекторів призвела до появи та розвитку так званих хрестово-купольних храмів, які протягом кількох століть залишалися провідними як у візантійській архітектурі, так і архітектурі Східної Європи.
Через 22 роки, внаслідок землетрусу, купол було зруйновано та відновлено з легших матеріалів. Вкотре, він постраждав від землетрусу в 1344 р. Щоб відновити купол потрібно було запровадити спеціальний податок і оголосити збір пожертвувань.
Купол прорізаний біля основи кільцем з 40 віконних отворів. Залитий світлом, він ніби ширяє в повітрі — погляд ковзає по увігнутих поверхнях арок, екседр і напівкуполів. Всі увігнуті поверхні напівкуполів та арок прикрашені чудовою золотою мозаїкою. У 1453 р., після завоювання Константинополя турки перетворили Святу Софію на мечеть: хрест над куполом замінили півмісяцем, прилаштували чотири мінарети, а мозаїки закрили шаром штукатурки. У 1934 р. Свята Софія перестала діяти як мечеть. А через рік, четвертий у світі за величиною собор став музеєм, зберігши у своїх стінах характерні риси двох релігій.
Величезний купол мав стати центральним елементом і Флорентійського собору. Його будівництво почалося в XIII столітті найбільшим архітектором на той час Арнольдо ді Камбіо. Будівля собору замислювалося так, «щоб не можна було вимагати від людських сил і прагнення ні більшої за розмірами, ні прекраснішої споруди». Символ багатства та мощі Флоренції пізніше був перейменований на Санта-Марія дельФьоре. Але в 1302 Арнольдо ді Камбіо помер, частково звівши тільки фасад і бічні стіни. Незабаром будівельні роботи було зупинено. Через півстоліття флорентійці оголосили конкурс на проект завершення будівництва. За зведення величезного купола ніхто не наважився взятися, і на місці собору, як і раніше, стояв один фасад.
У 1420 р. для обговорення методу будівництва купола було зібрано найбільших архітекторів світу. Серед різних думок виділилася пропозиція Філіппе Брунеллескі: з метою економії матеріалів зводити купол без будівельних риштувань. При цьому він повинен бути не сферичним, інакше верхня частина такого купола обвалиться, а стрілчастим, витягнутим і ребристим. Вісім ребер купола повинні прийняти на себе основне навантаження. Між ними Брунеллескі розташував 16 допоміжних ребер.
Сходячи зверху, ці ребра сформували структуру склепіння та її окулюс. Головні ребра «несуть» не одну, а дві оболонки бані. На рівні перегину ребра пов'язані "ланцюгами" з масивних дерев'яних брусів, з'єднаних залізними скріпами. Брунеллески вдалося переконати колег у вірності своїх розрахунків. Так, у Флорентійського собору з'явилися реальні шанси бути завершеним.
Купол був збудований у 1446 році. Його діаметр становить 42 м. Купол Санта-Марія дель Фьоре став одним із перших кроків переходу від архітектури Середньовіччя до архітектури Ренесансу.
Кліматрон та Астродом У 1960 році з'явився ще один унікальний купол - Кліматрон. Перший геодезичний купол, який використовується як оранжерея, став головним «експонатом» ботанічного саду в Сент-Луїсі. Незвичайну назву дав йому Фріц Вент, директор саду. Воно символізує повну керованість клімату в оранжереї. Але технічне втілення ідеї Вента виявилося не на найвищому рівні. Через кілька років післязавершення будівництва Кліматрон почав розвалюватися: алюмінієвий каркас перекосився, пластмасове засклення змінило колір. Купол втратив герметичність.
У 1988 р. на реконструкцію Кліматрона пішло $6 млн. Було прийнято рішення все пластмасове «скло» замінити справжнім. Але скло важче за пластмасу. Отже, треба посилити каркас. Як це зробити? Довелося побудувати ще один купол меншого діаметру, який досі виконує роль підпірки.
Повторно Кліматрон було відкрито 1990 року. Близько 3 тис. стекол куполи мають трикутну форму 72 різних конфігурацій. Купол діаметром 53 м та висотою 21 м не має жодної внутрішньої підтримки.
У 1961 р. творці Кліматрон отримали премію Reynolds за вдале використання алюмінієвих конструкцій. У 1976 р. оранжерея була названа одним із 100 найістотніших архітектурних досягнень в історії Сполучених Штатів Америки.
У 1965 р. у Х'юстоні з'явився один із найбільших критих стадіонів — Астродом. Для того, щоб «пом'якшити» малопридатні для проведення спортивних змагань погодні умови, власник однієї з бейсбольних команд Рой Хофхейнз вирішив накрити стадіон величезним куполом. Свою назву стадіон отримав завдяки розташованому поряд космічному штабу НАСА.
Під час його будівництва було використано масу технічних новинок. Штучний мікроклімат усередині 18-поверхової споруди підтримується лише кондиціонерами. Але з початком проведення змагань з'ясувалося, що грати в бейсбол на стадіоні неможливо — понад чотири тисячі вікон купола діяли як лінзи, вловлюючи сонячні промені та сліпучи гравців. Частину вікон покрили білою фарбою. Незабаром після цього загинула вся трава, що покриває стадіон — сонячного світла катастрофічно не вистачало. Хофхейнз знайшов вихід і зцього становища.
Було створено штучну, пластмасову траву — Астроторф. Згодом гравці бейсбольних команд частенько скаржилися, що вона надто жорстка та травмує під час падіння. Але хто звертатиме увагу на такі дрібниці. У 1987 р. було проведено реконструкцію купола, вартістю $100 млн.
Технології будівництва куполоподібних дахів продовжували розвиватись. І невдовзі з'явилися куполи, які за хорошої погоди можна було відкрити як кватирку. Використовуючи цю технологію у 1989 р. у Торонто було збудовано стадіон «SkyDome». Будівництво коштувало $500 млн. Купол «SkyDome», незважаючи на свою величезну вагу — 11 тис. т. і площу — 3,2 га, протягом двадцяти хвилин складається і зникає. Дах складається з трьох рухомих та однієї «стаціонарної» сталевих груп. Під час «складання» дві секції купола переміщаються паралельними рейками і одна — круглими. Для приведення даху в рух встановлено 54 двигуни загальною потужністю 750 кінських сил.
Що стосується будівлі церкви, то вона неодноразово витримувала землетруси до 7,5 балів за шкалою Ріхтера, йдеться у доповіді групи дослідників, яку очолює Антонія Моропула з Афінського національного технічного університету. Вчені виявили, що цемент містив розчин силікату кальцію, схожий на той, за допомогою якого вироблявся портлендський цемент, запатентований у 1824 році англійцем Джозефом Аспдіном, хоча, як відомо, архітектори Антемій Тральський та Ісидор Мілетський використовували його вже у 53 році.
Член дослідницької групи Ахмет Какмак з Прінстонського Університету повідомив, що до розчину додавався вулканічний попіл або якийсь інший силікат, внаслідок чого виходив матеріал, здатний витримати сильний землетрус. «Візантійці достеменно знали, що вониробили. Вони були дуже просунутими вченими», - заявив він. Дослідники сподіваються, що їм вдасться відтворити будівельний розчин, щоб згодом використати його для реставрації будівлі.