Купол

Купол — это архитектурно-строительная конструкция, представляющая собой пространственное покрытие зданий и сооружений, имеющее форму, близкую к полусфере или другой поверхности вращения (параболоид, эллипсоид, конус). Купола относятся к классу тонкостенных пространственных конструкций, работающих преимущественно на сжатие, что позволяет перекрывать значительные пролёты без промежуточных опор. Основными характеристиками купола являются его геометрическая форма, конструктивная схема (монолитная, сборная, сетчатая) и материал (камень, бетон, металл, дерево, стекло, композиты).

История

Древний мир и античность

Первые купольные конструкции появились в Месопотамии и Древнем Египте, где для перекрытия небольших помещений использовались ложные своды из сырцового кирпича. В Древнем Риме купол получил развитие как элемент монументальной архитектуры. Вершиной римского куполостроения стал Пантеон (около 126 г. н. э.) в Риме — бетонный купол диаметром 43,3 м с центральным отверстием (окулюсом). Римляне применяли бетон и кирпич, создавая монолитные конструкции, опирающиеся на массивные стены-ротонды.

Средневековье и Византия

В византийской архитектуре купол стал центральным элементом крестово-купольных храмов. Собор Святой Софии в Константинополе (построен в 532–537 гг.) имел купол диаметром 31 м, опирающийся на четыре мощных пилона через паруса и подпружные арки. Эта конструкция позволила создать огромное внутреннее пространство, освещённое через 40 окон в основании купола. В Древней Руси купола получили луковичную форму, характерную для православных церквей, что отличало их от византийских полусферических образцов.

Эпоха Возрождения и барокко

В эпоху Возрождения купол стал символом гуманизма и математической гармонии. Филиппо Брунеллески построил купол Флорентийского собора Санта-Мария-дель-Фьоре (1420–1436 гг.) — самонесущий восьмигранный купол диаметром 42 м, возведённый без использования лесов. В XVI веке Микеланджело спроектировал купол собора Святого Петра в Риме (завершён в 1590 г.) — эллиптический купол диаметром 41,5 м, ставший образцом для многих барочных церквей. В России в XVII–XVIII веках купола стали золотить и украшать кокошниками, что придало им декоративность.

Новое время и современность

С развитием металлических конструкций в XIX веке появились сетчатые и ребристые купола. Купол Капитолия в Вашингтоне (1863 г.) — чугунный купол диаметром 29 м. В XX веке инженер Владимир Шухов предложил сетчатые оболочки (гиперболоиды), в том числе для Шуховской башни в Москве (1922 г.). Современные купола строятся из стали, алюминия, стеклопластика и мембранных материалов. Крупнейший купол в мире — Купол О’Коннелл (Сингапур, 2012 г.) диаметром 312 м, выполненный из стали и стекла.

Классификация куполов

По геометрической форме

• Полусферический — классическая форма, половина шара.
• Параболический — форма, близкая к параболоиду вращения, обеспечивающая равномерное распределение нагрузок.
• Эллиптический — вытянутый купол (собор Святого Петра).
• Луковичный — купол с заострённым завершением, характерный для русской архитектуры.
• Конусный — коническая форма (шатры, минареты).
• Готический — стрельчатый купол (ребристый свод).

По конструктивной схеме

• Монолитный — выполненный из бетона или камня, без швов (Пантеон).
• Сборный — из отдельных элементов (кирпич, блоки, панели).
• Ребристый — с основными несущими рёбрами (арками), между которыми лёгкое заполнение.
• Сетчатый — из перекрёстных стержней (система Шухова, геодезические купола Фуллера).
• Мембранный — из тонкого листового металла или ткани, работающий на растяжение.
• Пневматический — из воздухонепроницаемой ткани, поддерживаемый избыточным давлением воздуха.

По материалу

• Каменные и кирпичные — исторические купола (до XIX века).
• Бетонные и железобетонные — монолитные и сборные.
• Металлические — стальные, чугунные, алюминиевые.
• Деревянные — из клеёного бруса или гнутоклеёных элементов.
• Стеклянные — из закалённого стекла на металлическом каркасе.
• Композитные — из стеклопластика, углепластика.

Устройство и конструктивные особенности

Купол состоит из следующих основных частей:

• Основание (опорное кольцо) — кольцевая балка, воспринимающая распор купола и передающая его на опоры (стены, колонны, пилоны).
• Оболочка — собственно несущая поверхность купола, работающая на сжатие и изгиб.
• Ребра (нервюры) — радиальные или меридиональные арки, усиливающие оболочку.
• Кольцевые элементы — горизонтальные пояса, предотвращающие выпучивание.
• Затяжка — горизонтальная связь, воспринимающая распор (в металлических и деревянных куполах).
• Фонарь (окулюс) — отверстие в вершине для освещения или вентиляции.

Особенность купола — работа преимущественно на сжатие, что позволяет использовать материалы с высокой прочностью на сжатие (камень, бетон). Распор (горизонтальное усилие) передаётся на опорное кольцо, которое должно быть достаточно жёстким. В современных куполах распор может быть воспринят затяжками или анкерами.

Применение

Архитектура и строительство

Купола широко используются в культовых сооружениях (церкви, мечети, синагоги), общественных зданиях (театры, музеи, вокзалы, стадионы), выставочных павильонах, планетариях, обсерваториях. Примеры: Храм Христа Спасителя в Москве (золотой купол диаметром 25 м), Казанский собор в Санкт-Петербурге (купол диаметром 17 м), Большой театр в Москве (купол над зрительным залом).

Промышленность и техника

Купола применяются для покрытия ангаров, складов, спортивных арен, бассейнов, теплиц. Геодезические купола Р. Бакминстера Фуллера используются для создания лёгких и прочных укрытий. Пневматические купола — для временных сооружений (выставки, спортивные мероприятия).

Оборона и космос

В военной технике купола используются как защитные укрытия (радиолокационные станции, антенны). В космонавтике — купола обзорных модулей (например, купол МКС).

Интересные факты

• Самым большим куполом в мире по диаметру считается Купол О’Коннелл (Сингапур, 312 м).
• Купол Пантеона в Риме до сих пор остаётся самым большим неармированным бетонным куполом.
• В России распространены луковичные купола, которые символизируют горящую свечу.
• Технология геодезических куполов Фуллера позволяет перекрывать пролёты до 100 м без внутренних опор.
• Купола часто используются в планетариях для создания панорамного экрана.

Критика

Критика купольных конструкций связана с их сложностью в возведении и высокой стоимостью (особенно монолитных). В исторических зданиях купола требуют постоянного мониторинга состояния (трещины, деформации). В современной архитектуре купола иногда критикуют за избыточную декоративность и несоответствие функциональным требованиям. Однако в целом купол остаётся одним из наиболее выразительных и конструктивно совершенных типов покрытий.

Источники

1. В. И. Лукьянов. «Архитектурные конструкции». — М.: Стройиздат, 1985.
2. А. В. Кузнецов. «Купола и своды». — М.: Архитектура-С, 2003.
3. Р. Б. Фуллер. «Геодезические купола: теория и практика». — М.: Мир, 1975.
4. Энциклопедия «Всемирная история архитектуры». — М.: Аванта+, 2001.
5. Материалы Музея архитектуры им. А. В. Щусева (Москва).