Купольные конструкции храмов

Купольные конструкции храмов.

С незапамятных времен особые трудности представляло перекрытие больших безопорных внутренних пространств. Первоначально единственным решением были каменные купола, сферически сформированные пространственные оболочки округлой горизонтальной проекции. Сначала отдельные ряды камней выдвигали в виде выступа один над другим вверх. "Фальшивые" своды микенских купольных гробниц XIV в . до н. э.  уже имели ширину пролета 15 м и высоту почти  14 м.

Строительство по-настоящему выпуклых купольных сводов из заклиненных один о другой камней или бетонной заливной массы привело в римскую античную эпоху к созданию выдающихся произведений архитектуры. Пантеон -- круглый храм, существующий уже почти 1900 лет, -- перекрыт полусферическим куполом диаметром 43,6 м. Купол состоит из окружностей, которые легко прочитываются благодаря кессонированному потолку. Купол со стенами образует единую оболочку, содержащую внутри всё пространство, соответствующее внутреннему объёму цилиндра и половине сферы. Предполагают, что в древности поверхность купола украшали розетки или звезды, однако документальных подтверждений этому нет. К основному объему храма примыкают ниши, отделенные от центрального зала коринфскими колоннами. Кольцевой аттикотделяет колоннаду от внутренней поверхности купола, на которой расположены пять рядов квадратных кессонов. Через круглое отверстие в своде диаметром 9 метров в храм проникает дневной свет^[1].

400 лет спустя в Константинополе удалось построить круглый купол на квадратном основании, конструктивно используя угловые пазухи свода ( паруса). Влияние этого гениального решения для главной церкви Восточного Рима, законченного в 537 г. храма св. Софии, сказывалось на протяжении более 1000 лет на мусульманском и христианском культовом строительстве от Закавказья и России до Западной Европы.

Традиции византийского культового зодчества после 1100 г. з Западной Европе были практически забыты в связи с началом распространения крестообразных планов ( например, в Венеции или Периге во Франции), а также средокрестных   куполов  немецкого  романского  периода.

При всем признании выразительной силы перекрытых куполами внутренних пространств древности и средневековья нельзя не заметить, что внешнее оформление и внешний вид этих куполов оставался сравнительно скромным. Это положение изменилось в XVI в. со строительством восьмигранного купола во Флоренции архит. Ф. Бруннелески .

Купол собора Санта Мария дель Фьоре.

Грандиозный купол, покрытый темно-красной черепицей, связанный крепкими белыми ребрами и увенчанный изящным бело-мраморным световым фонарем, торжественно парит над Флоренцией как величественный образ города. Купол был построен в 1446 году. Его диаметр составляет 42 метра, высота 91 м от пола собора, световой фонарь высотой 16 м. Купол весит без тяжелого мраморного фонаря около девяти тысяч тонн. В предложенной Брунеллески модели купол 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, сходщихся наверху. Главные ребра должны поддерживать не одну, а две оболочки купола. На уровне перегиба ребра связаны «цепями» из массивных деревянных брусьев, соединенных железными скрепами. Позднее был добавлен световой беломраморный фонарь, который и сделал этот собор самым высоким в городе. Это до сих пор самая высокая постройка во Флоренции, спроектированная таким образом, чтобы внутри могло поместиться все население города.

Загадка сооружения этого грандиозного купола не разгадана до сих пор. Разумеется, Брунеллески гениально нашел правильный изгиб ребер — дуга в 60 градусовобладает наибольшей прочностью. Вторая техническая находка — способ кладки, когда кирпичи располагаются не горизонтально, а с наклоном внутрь, при этом центр тяжести свода оказывается внутри купола — своды росли равномерно (восемь синхронных групп каменщиков) и равновесие не нарушалось. Кроме того — в каждой лопасти свода ряды кирпичей образуют не прямую, а слегка вогнутую, провисающую линию, не дающую разломов. Кирпич для строительства купола использовали очень высокого качества. Купол облицован кирпично-красными изразцами, контрастирующими с зеленым, красным и белым цветом облицованных мрамором стен. Белые ребра нервюр на фоне ярко-красной черепицы зрительно облегчают каменную массу огромного купола; он не давит на здание, а как бы парит в воздухе, словно бутон волшебного цветка с ещё не распустившимися лепестками. Вся эта громоздкая конструкция купола диаметром около 43 метров завершалась крошечной беломраморной ротондой фонаря со шпилем и медным шаром (после 1446 года), которые придают флорентийскому куполу отличную от античных купольных сооружений, заостренную кверху, напоминающую о готике форму.

С применением многогранного или круглого барабана церковные купола становятся господствующим элементом городского ландшафта и, таким образом, доминантой архитектурной композиции. В период барокко появляются купола на светских монументальных сооружениях. Наивысшее достижение этого периода -- законченный в 1593 г. купол собора св. Петра в Риме, который, как ранее св. София в Константинополе, вызвал подражания по всей  Европе.

Купол собора Св. Петра в Риме.

Купол собора Св. Петра — венец архитектурного творчества Микеланджело. Как и в совершеннейших созданиях его кисти или резца, бурный динамизм, внутренняя борьба контрастов, все заполняющее движение властно и органически включены в этом куполе в стройное, замкнутое целое идеальных пропорций единого огранизма. Работая над громадным куполом, венчающим собор Св. Петра. Микеланджело учитывал опыт сооружения купола флорентийского собора Санта Мария дель Фьоре, возведенного Филиппо Брунеллески, по поводу которого он сказал:«Повторять тебя не хочу, лучше сделать не умею». И тем не менее он нашел свое решение. Микеланджело же стремится превзойти Брунеллески и создать такой купол, чтобы под ним могли укрыться все христианские народы.

Не повторяя купола Брунеллески, Микеланджело сумел дать свою еще более внушительную концепцию. Если Брунеллески возводил купол флорентийского собора на восьмигранном барабане, сохранив в нем соответствующие восемь ребер, то Микеланджело дал куполу собора Св. Петра шестнадцатигранное основание, по существу, приближенное к кругу. Барабан купола декорирован мощными спаренными колоннами и нишами между ними.

Возносимый кверху боковыми апсидами, купол покоится на барабане с большими окнами, обрамленными спаренными, сильно выступающими вперед колоннами. Купол служит одновременно выражением тяжести массы и вместе с тем ее одухотворенности, порыва вверх, подчеркиваемого ребрами. Внутри спаренные плоские колонны барабана не вторгаются в окружающее пространство, как это происходит на фасаде.

Громадный, цельный, торжественный купол собора Св. Петра и теперь господствует над Римом, утверждая мощь дарования его создателя. В этом архитектурном творении Микеланджело в убедительных формах выразил свое ренессансное представление о величии и грандиозных возможностях человека, веру в которые он пронес даже в эти труднейшие годы своей жизни. Купол собора Св. Петра стал символом власти, а также моделью для куполов в западно-европейской и даже американской архитектуре - достаточно сравнить его с куполом Капитолия в Вашингтоне.

С помощью многогранных основных форм и разнообразных строительных приемов идеальная форма полушара варьировалась с эллиптическим и параболическим. Почти все купола имели фонари верхнего света. Однако с конструктивной точки зрения в куполах произошли большие изменения. Уже купол собора во Флоренции, чисто сводчатое сооружение, для уменьшения массы имел две оболочки.

Однако в большинстве церквей стиля барокко внешний вид купола, покрытого металлом и часто называемого защитным куполом, -- несла деревянная конструкция. Знаменитые купола позднего барокко и классицизма,  например берлинекая церковь Гедвига ( 1747) и дармштадская Людвига ( 1828) , первоначально  имели деревянные  конструкции.

Для каркаса деревянного купола нужно использовать материал с внушительным поперечным сечением, т.к. и нагрузки будут серьезные. Изогнуть брус до нужной дуги нельзя, поэтому берутся отдельные доски. Придав доске проектный изгиб, фиксируют ее в таком положении. Далее сверху на нее укладывают вторую, на вторую – третью и так далее, пока не достигают требуемого сечения. Последующим действием все доски стягиваются между собой болтами и образуют единую жесткую конструкцию.

Строительство больших крытых сооружений поставило куполостроение перед совершенно новыми задачами: используя материалы и технологии нового типа, необходимо было перекрыть  чрезвычайно  большие  расстояния между опорами. В куполе первого вида {рис. 1,а,б) все элементы конструкции лежат на его внешней поверхности. В куполе второго типа (рис. 1, в, г) несущие конструкции располагаются подкупольном пространстве и представляют собою совокупность радиально расположенных плоских ферм или арок.

еГеометрическая схема куполадиаметром от 10 до 60 м основана на форме координатной сети глобуса. Основными элементами купола являются ребра, имеющие меридиональное направление, и кольца, имеющие направления параллелей; кольца различают опорные, фонарные и промежуточные. Неизменяемость пространственного сочленения ребер и колец обеспечивается раскосами. В основе геометрической схемы купола Шведлера лежит трапеция, ребра и кольца делят его поверхность на трапецеидальные контуры.ругим видом л,

В основе геометрической структуры которого лежит равнобедренный треугольник; здесь, как и в куполе Шведлера, сохраняются кольца, но отсутствуют ребра. Можно придавать различную форму этой конструкции, меняя размеры сторон треугольников сетки.

Геометрическая схема образовывается линиями трех направлений, составляющими между собой приблизительно 120°. Получается сеть почти из равносторонних треугольников. Построенные стержневые геодезические купола выполнены из труб диаметром до 140 мм при пролете 40 м. Купол собирается из отдельных прямолинейных отрезков труб длиной около 2 м. Геодезические купола выполняются и как листовые конструкции с гофрированной поверхностью, материалом для них служат листы из алюминиевых сплавов. Купола собираются из стандартных панелей ромбической формы размером 2×3 м; величина панелей меняется в пределах до полутора десятков типоразмеров; толщина листа в панелях 2,5 мм. Купола такого типа могут достигать диаметра 300 м образованный радиально расположенными стропильными фермами. В центре купола имеется пространственная ферма, стержни которой расположены по цилиндрической поверхности. На этой ферме обычно устанавливается светоаэрационный фонарь и поэтому ее называют фонарным барабаном. Фонарный барабан состоит из верхнего и нижнего колец, а также стержней решетки.

Система опирания всего купола решается по обычной схеме опирания стропильной фермы одна опора неподвижная, другая опора имеет линейную подвижность в плоскости фермы. Связи жесткости, расположенные в поверхности верхних поясов полу-ферм, выполняют две функции. Во-первых, они обеспечивают устойчивость сжатых верхних поясов в направлении из плоскости полу-ферм; во-вторых, они гарантируют общую устойчивость покрытия, противодействуя возможному повороту фонарного барабана вокруг вертикальной оси. Вертикальные связи жесткости фиксируют вертикальное положение полуферм во время монтажа и при эксплуатации готового покрытия.

РадиОтносящийся также ко второму типу, аналогичен по конструкции с предыдущим, но имеет и существенные отличия. Плоская арка имеет распор, который нежелательно передавать на стены, и поэтому купол должен иметь опорное кольцо. Элементы, образующие промежуточные кольца, могут быть выполнены и как прогоны, и как кольцевые затяжки (второе решение более экономично). Связи жесткости могут быть использованы для создания пространственно устойчивых частей купола при монтаже его крупными блоками, состоящими из двух полу арок, прогонов и связевых стержней. Устойчивость внутренних поясов полуарок обеспечивается связями жесткости, поставленными в плоскостях некоторых стержней решетки полуарок и соединенными со связевыми системами, расположенными на наружной поверхности купола.

Доклад

по дисциплине: История строительной техники

на тему:

«Купольные конструкции

храмов»

Выполнил: ст. гр. РР-218 Мариненко А.А. Приняла: доц. Лапунова К.А.

Ростов-на-Дону

2014