Что такое купол в архитектуре 

Купол в архитектуре – разновидность центрического свода, который в общем случае образован поверхностью вращения выпуклой вверх кривой (параболы, эллипса и др.) вокруг вертикальной оси. Чаще всего форма купола ассоциируется с полусферой. Существует множество других видов как по очертанию, так и по конструктивному исполнению. От собственной тяжести на купол действуют силы сжатия, направленные вертикально вниз, а на опоры – усилия горизонтального распора.

Купол в архитектуре
Сферический купол и купол-блюдце. Фотография из портфолио Domoff Group

Назначение и устройство купола

Основная конструктивная предпосылка для применения купольного или купольно-парусного свода – необходимость перекрыть пространство значительных размеров –  многоугольное, круглое или овальное в плане –  без дополнительных опор. При этом, по правилам строительной механики, каждый барабан здания завершается куполом.

Сферический купол
Сферический купол над охотничьим домиком в Грибово. Фотография из портфолио Domoff Group

Эта архитектурная форма может быть не только частью здания, но и его основной несущей конструкцией, например, как сардоба в Азии – шедевр гидротехники и  необходимое условие для выживания в жарких странах с нехваткой воды.

Эволюция купола

Эволюция купола началась со времен Древнего Мира, с так называемой ложной конфигурации (Др. Греция), когда подкупольное пространство формировалось нависающими друг над другом горизонтальными рядами кирпичной или каменной кладки. Таким образом, на стены не оказывалось усилий распора. Процесс развития этой оригинальной архитектурной формы удобно представить в виде таблицы, где отражены ключевые моменты и переходы конструкции на новый уровень.

Историко-географическая принадлежность

Назначение архитектурных объектов, в которых использовали купол

Примеры конкретных строений

Пояснения, необходимые для понимания эволюционных отличий купольной конструкции

Древняя Греция

Гробница

Сокровищница Атрея, Микены

Ложный поясной купол из горизонтальных рядов кирпичных и каменных блоков с напуском, без распора на стены.

Древний Рим

Термы, храмы, статусные общественные сооружения

Пантеон, Рим (128 г. н.э.)

Изобретение скрепляющего бетонного раствора (цемент + кирпичный щебень + травертиновая крошка)  позволило римлянам освоить приемы кладки для создания больших куполов без армирования. Так, диаметр кессонированного свода Пантеона составляет ≈ 43,5 м. Его отливали горизонтальными слоями, и каждое предыдущее кольцо отливки удерживалось тяжестью последующего. Верхнее сделано из пуццолана – легкой разновидности вулканической пемзы. В вершине купола оставлен окулюс (круглое отверстие, в переводе – «глаз») диаметром в 8,3 м для прохождения света.

Двойной кирпичный слой изнутри, образующий ячейки кессонов, имеет только декоративное значение. 

Византия 

Религиозные и культовые здания (храмы, соборы)

Софийский собор (III-V вв.)

Впервые применен переход от квадратного основания к круглому в плане барабану посредством применения парусов. Они представляют собой криволинейные поверхности, похожие на вогнутые треугольники; располагаются между несущими арками по сторонам квадрата и нижней окружностью купольной части. Архитектурный прием быстро распространился по Византии и прилегающим европейским странам, в итоге дошел до Армении, Грузии и Руси (крестово-купольные храмы).

Мусульманская архитектура средних веков (Иерусалим, Дамаск, Самарканд и т. д.)

Мусульманские святилища, мечети

Мечеть Омейядов, мечеть Аль-Акса, мечеть Укба, Купол Скалы (691 г.), Купол Цепи

Купола Скалы и Цепи покоятся на октогональной (8-угольной) структуре. От 8-угольной аркады на 24 колоннах совершен переход к барабану, опирающемуся на 16 столпов. Сам купол выполнен из двухслойного дерева, его диаметр – 22,44 м, а высота – около 30 м. До наших дней конструкция сохранилась в неизменном виде, покрыта позолоченным алюминием. 

Ренессанс, Италия и Европа

Соборы, храмы, церкви, статусные здания

Санта-Мария-дель-Фьоре

Для Санта-Марии Ф. Брунеллески впервые применил полигональный купол с двойной оболочкой, сечение которого представляет собой не круг, а многоугольник (в этом случае – 8-угольник).  Общая высота купольной конструкции с крестом – 114,5 м; высота изнутри — 90 м;  диаметр – 42,2 м.

Барокко, Европа и Россия

Дворцы, дома знати, общественные и храмовые здания

Собор Святого Петра

Огромный зонтичный параболический купол на ребрах. Параметры:

  • Масса ≈ 14 тыс. т;
  • Внутренний диаметр ≈ 41 м;
  • Высота ≈ 117 м.

Купол и искусство: графика, звук, свет

Как видно из таблицы, купол является неотъемлемой частью значимых общественных и сакральных сооружений. Его применение позволяет увеличить полезный объем здания. Поверхность изнутри обычно покрывают витражами, фресками, росписью, орнаментами, мозаикой и рельефами. Таким образом дополнительная площадь, которую необходимо украсить, является стимулом для создания шедевров искусства. 

Часто купольная конструкция с характерным для нее ритмом размещения опор, арок, окон и даже кессонов – это источник мощного освещения и база для уникальных декоративных сценариев со светотенью. Так размеры диаметров окулюса древних храмов в большинстве случаев выбирались символично, то есть с определенной философской целью. В Пантеоне упомянутый параметр «ока» составлял 8,3 м. Осенью и зимой это позволяло наслаждаться ниспадающими лучами солнца внутри храма, а после дня весеннего равноденствия световые потоки озаряли храмовое пространство через входную дверь. Таким образом, полусферический купол с окулюсом играл роль оси мироздания и символизировал Аполлона – Бога Света.

Еще одна практическая сторона применения куполов на благо искусству – возможность управлять звуком, многократно усиливать его, делать специфически объемным из-за многократного отражения от стен. Это формирует характерное, узнаваемое звучание, особенно  в соборах с хором и органом.

Философия и символизм

Купол и пифагорейская нумерология

Символизм куполов в разных культурах и временах не менее важен для понимания построения конкретного архитектурного объекта. Любое религиозное или общественно значимое здание имеет теологическую и философскую подоплеку. Так, существует любопытная гипотеза, из которой следует, что Пантеон построили по принципам нумерологии Пифагора. Круговой план, ориентированный на 4 стороны света, с полусферическим куполом в центре – осью Мира – отражал устройство Вселенной. 28 ребер, идущих от окулюса, 28 секций с кессонами, 28 нижних колонн – 28 дней в лунном календаре и символ Луны. Считалось, что число «28» имеет мистическую, обережную связь с космосом, так как является математическим выражением совершенства – «совершенным числом» (= сумме своих делителей).

Купол в православной символике

В русской церковной архитектуре купола, их цвет и количество также имеют трактовку, закрепленную традициями. В первую очередь, это подобие небесного свода и средоточие Божественной премудрости. Число глав (1, 2, 3, 5, 7, 9, 13, 25, 33) и цвета канонизированы, и каждая характеристика выражает конкретный смысл.

Таблица: Что означают купола и их количество:

Количество куполов Сакральный смысл
1 Единство Божие.
2 2 воплощения – как человек и как Бог.
3 Святая Троица, ее единство.
5 Иисус и 4 евангелиста.
7
  • 7 добродетелей;
  • 7 таинств церкви;
  • 7 Вселенских соборов.
9 9 чинов ангелов
13 Христос и 12 апостолов
25 Иисус, 12 апостолов и 12 пророков Ветхого Завета.
33 Земное количество лет, прожитых Иисусом.

Таблица: Что означает цвет купола:

Цвет

Значение

Золотистый Вечность, воспевание Небес. Посвящение Христу, Святым, а также церковным праздникам.
Серебристый Святость, чистота, посвящение Святым.
Голубой, синий Посвящение Деве Марии, Богородице. Обычно устанавливают со звездами, которые олицетворяют рождество Христа (отсылка к звезде над Вифлеемом). Иногда в синий цвет красят купола храмов, расположенных на территории военных частей в тон офицерской формы.
Зеленый Посвящение Троице или православным Святым.
Черный Признак монастырского храма, встречается редко.
Многоцветье Напоминание об изяществе и красотах Небесного Иерусалима, Небесного Царства.

Разновидности куполов

По внешнему виду 

Существует множество разновидностей куполов, отличающихся устройством, геометрией на плане и, следовательно, внешним видом. В таблице приведено описание для  распространенных типов, являющихся венчающей частью здания. Но этим  их многообразие не ограничивается.

Вид купола

Конструктивные особенности

Примеры архитектурных объектов

Поясной Ложный свод  из горизонтальных рядов кирпичных или каменных блоков с напуском, без распора на стены. Сокровищница Атрея
Сферический Полушарие, которое опирается на барабан. По законам геометрии высота (радиус сферы) в 2 раза меньше диаметра основания. Софийский собор, Константинополь.
Конха, полукупольный свод Полусфера, которая опирается на стены апсид. Термы Траяна, Древний Рим.
Парусный (византийский) Тип свода, не имеет барабана. Выпуклый вверх парус на 4-х опорах; прилегающая к стенам поверхность образует 4 арки. Напоминает квадратное полотнище, закрепленное в углах и поддуваемое снизу ветром. Следует отличать от купола на парусах (сферического или конхи). Многие объекты эпохи Ренессанса, например, капелла св. Елены.
Луковичный, луковичная глава Плавно заостряется на вершине, подобно луковице. Обычно устанавливают на барабан. Диаметр купола больше диаметра барабана, а высота луковки больше ее ширины. Софийский собор в Великом Новгороде, русские православные церкви.
Шлемовидный (стрельчатый) В отличие от луковицы, диаметр купола и барабана-основания равны. В отличие от сферического купола, высота не является радиусом и может быть больше него. Успенский собор, г. Владимир.
Шатровый (конический) Многогранник пирамидальной формы, сечение которого – многоугольник (чаще всего –  8-угольник).  Церковь Вознесения в Коломенском, башня Николо-Корельского монастыря, Спасская башня Кремля.
Овальный (параболический) Признак барокко. В основе построения лежит овал. Церковь Сант-Андреа-ин-Виа-Фламиния (Сант-Андреа-дель-Виньола).
Полигональный (граненый) Многоугольник (8-угольник) в горизонтальном сечении. Храм Санта-Мария-дель-Фьоре.
Блюдце  Неглубок, имеет малый угол между горизонтом и поверхностью покрытия. Часто используют для увеличения внутреннего пространства, при этом сама конструкция не видна снаружи. Османские мечети, некоторые византийские церкви.
Зонтичный  Ребра делят поверхность купола на сегменты наподобие зонтичного каркаса. Собор Святого Петра, Капелла Пацци.
Типы куполов
Типы куполов: а – сферический; б – стрельчатый (шлемовидный); в – эллиптический; г – параболический (овальный); д - конический (шатровый); е – волнистый; ж – складчатый; з - многогранный

По типу конструкции с учетом материала

С учетом правил строительной механики и материала (дерево, металл, железобетон, камень), купольные конструкции различаются типом покрытия.  Инженер Г. А. Цвингман привел для каждого оптимальное решение по диаметру, расположению ребер и несущим балкам. В своей статье «Основные типы куполов, их конструкция и архитектура» (1936 г.), он выделяет следующие схемы покрытий: 

  • Сплошные оболочки: ребристые, тонкостенные (без ребер), складчато-волнистые;
  • Плоскостные шатры на каркасе: арочно-, балочно- и рамно-каркасные;
  • Стержневые купола на пространственном каркасе: кольце-, сетчато-, шарнирно- и жестко-стержневые;
  • Комбинированные конструкции: подвесные, многоярусные (от 2-х ярусов), сегментные и многозонные.

Виды купольных зданий

Существуют конструкции и сооружения на основе купола, где архитектурный элемент является основной частью здания, а не венчающей. Это самобытные примеры сооружений, не характерные для европейского зодчества.

Название сооружения География Назначение
Гумбаз Страны Азии Буквальный перевод – «купол из кирпичей». Специальная техника кладки позволяла создавать купольные  перекрытия огромных размеров, которые применяли для построения усыпальниц, мавзолеев, бань, сардоб и др. объектов.
Сардоба, сардоб Передняя Азия, Центральная Азия, Африка Гидротехническое сооружение, источник тени и хранилище пресной воды, которая всегда остается прохладной.
Яранга Северо-Восток Сибири Сборно-разборное переносное жилище из каркаса и шкур. Позволяет жить в суровых условиях климата – при низких температурах, снегопадах, ветрах. 
Иглу Чукотский АО, Магаданская обл., Аляска (США) Вид жилища в виде бескаркасного купола, возводимого из блоков слежавшегося кристаллизованного снега. Входное отверстие делают ниже уровня пола для сбережения тепла.  Все швы и ветреные стороны уплотняют и затирают только снегом.

Современное применение куполов

В современной архитектуре сфера применения куполов расширилась, так как возникли новые типы помещений, которые нуждаются в перекрытии и увеличении внутреннего объема. Это не только храмовые, светские и транспортные объекты, но и спортивно-зрелищные сооружения: стадионы, цирки, ледовые арены.

В XX в. получили распространение геодезические купола (они же – фуллерены, в честь популяризатора геодезиков Б. Фуллера) – каркасные сооружения сферической формы, представляющие собой  сетчатые оболочки. Их исключительные несущие способности обусловлены геометрическими свойствами шара. Первым объектом стал планетарий в Йене, открытый 18 июля 1926 г. Теперь такие конструкции возводят для помещений различного назначения: от ангаров, складов и оранжерей до обсерваторий и отдельно стоящих аудиторий. 

Существует мнение, что купольные дома – это будущее архитектуры. Во многом такие заявления связаны с исключительными свойствами сферической поверхности, не характерными для других форм:

  • Высокие показатели сейсмостойкости и устойчивости к ветрам, благодаря равномерному распределению нагрузки по поверхности;
  • Экономия строительных материалов: для перекрытия определенного объема их требуется меньше, чем на любой другой 3D-примитив (призму, куб и пр.);
  • Удобство скоростной сборки;
  • Нет необходимости в полноценном тяжеловесном фундаменте;
  • Высокие показатели энергоэффективности: простота и экономичность отопления;
  • Благоприятные особенности акустики: внешние шумы меньше слышны внутри обтекаемой шарообразной формы, а звуковые волны, исходящие от жильцов, наоборот, резонируют от оболочки;
  • Футуристический вид сооружения и эстетика свободной планировки без заданного ритма.

Второе новшество XX в. –  выдвижная куполообразная крыша, которую можно убирать. Этот тип кровли, схожий с формой архитектурного элемента, часто применяют для защиты пространств стадионов (Оита Банк Доум, стадион Ковбойз и др.).

Нормативные документы

Название документа Что регламентирует

ГОСТ Р 58756-2019  

Купола полимерные многослойные

Требования к куполам, предназначенным для для заполнения световых проемов фонарей кровли.

СП 70.13330.2012 

Несущие и ограждающие конструкции

Требования при проектировании зданий и сооружений во всех отраслях народного хозяйства.

СТО НОСТРОЙ 2.11.88-2013 

Строительные конструкции деревянные. Сборка и монтаж конструкций деревянных клееных. 

Монтаж ребристых куполов из клееной древесины (п. 6.6)

СП 391.1325800.2017 

Храмы православные

Требования направлены на повышение уровня безопасности и степени соответствия функциональному назначению здания

СП118.13330.2012 

Общественные здания и сооружения

Разработан с целью выполнения технического регламента по безопасности общественных зданий сооружений.

СП 15.13330.2020 

Каменные и армокаменные конструкции.

Расчет и проектирование конструкций, возводимых с применением кладки из кирпича, керамических, силикатных, бетонных, в том числе ячеистобетонных, блоков и  природных камней.

 

Из каких материалов делают купола 

По Г. А  Цвингману, основными материалами для возведения куполов являются металл, дерево, камень и железобетон. Современное решение – светопрозрачные конструкции на металлическом каркасе. Они могут быть как видом кровли, так и самостоятельным архитектурным элементом. 

Вид материала Преимущества купола Недостатки купола
Дерево

Древнейший способ возведения купола, по которому накоплен огромный опыт. Монтаж происходит быстрее, чем из железобетона и камня.

Виды конфигурации: тонкостенная, сетчатая, ребристая.

Это не самый тяжелый материал, следовательно, можно не переживать за нагрузку на фундамент. Строительные отходы минимальны.

Необходимость обработки сырья антипиренами и другими пропитками перед распиловкой. 

Металл

Простота и строгая лаконичность формы,  индустриальность стиля, возможность использовать недефицитные виды стали.

Большая металлоемкость, необходим индивидуальный проект. 

Железобетон

Высокая структурная прочность обусловлена свойствами бетона и дополнительным армированием. Решение подходит для монументальных объектов.

Тяжелый материал искусственного происхождения,  с плотностью от 2500 кг/м3. Потребность в квалифицированных и опытных кадрах, необходимость проектирования, аренда строительной техники.

Светопрозрачный материал (закаленное стекло, поликарбонат и др.) на сборном каркасе (алюминий, сталь или ) 

Современный способ скоростной сборки. Такая конструкция пропускает свет со всех сторон. Может быть оснащена функциями выдвижения,  очистки и пультом управления. Это покрытие обладает малым весом, поэтому не оказывает заметных усилий распора и вертикальной нагрузки. Стекло и полимерные материалы устойчивы к атмосферным, механическим, биологическим факторам.

В летнее время концентрирует лучи, словно теплица. На период низких температур необходимы утепление и  своевременная очистка снега, а в обычное время – очищение от загрязнений (листвы, пыли, птичьих следов).  Светопрозрачное полимерное или стеклянное купольное покрытие – всегда индивидуальный проект, рассчитанный с учетом конкретных обстоятельств.

Натуральный камень 

Особая архитектурно-художественная ценность, характерная для византийского зодчества и уникальных исторических объектов.  Надежность и прочность, проверенная веками, относится и к облицовке каменной плиткой.

Высокая средняя плотность (до 2700 кг/м3), из-за которой строительный камень является тяжелым материалом. Необходимо предварительное проектирование с расчетом нагрузок, наем специалистов и техники.

Купол из камня

Экономическая нецелесообразность – единственный ограничивающий фактор, который может препятствовать установке купола из камня, особенно если диаметр превышает 100 м. Других конструктивных и технологических ограничений нет. Это способствует активному применению купольных конструкций в частном строительстве при возведении бельведеров и ротонд,  террас, оранжерей и других вспомогательных помещений.

Купол со шпилем
Башенка-бельведер с малым куполом (справа), и купол-блюдце на заднем плане (по центру). Фотография из портфолио Domoff Group

Для отделки и создания куполов часто используют гранит, мраморизованный известняк, дагестанский камень. С учетом специфической плотности, массы и прочностных свойств горных  пород, установка такого венчающего свода не может быть спонтанной. Необходима разработка проекта, консультация с архитектором и инженером. Если владелец желает выполнить надстройку над возведенным сооружением, нужно обследовать горизонтальные балки, стены и фундамент на предмет надежности и устойчивости к потенциальным нагрузкам. Ознакомьтесь с ассортиментом экстерьерной отделки из камня и закажите звонок инженера на странице «Фасадный декор» от Domoff Group.

Купол-блюдце
Купол-блюдце у домика повара в поселке Грибово. Фотография из портфолио Domoff Group