圣索菲亚大教堂:大穹顶是如何炼成的?

圣索菲亚大教堂:大穹顶是如何炼成的?

首页休闲益智消除星球更新时间:2024-06-23

文丨丁宥希

公元4世纪

曾经辉煌无比的罗马帝国

由于政权腐败、反奴隶制斗争、外族入侵等危机

濒临灭亡

于是330年

罗马皇帝君士坦丁把帝国的首都

迁到了罗马东边的小镇拜占庭(Byzantium)

并将此处更名为君士坦丁堡

▼罗马与君士坦丁堡

这里纽结欧亚

贯通地中海与黑海

相较罗马而言易守难攻

同时手工业、商业也更加发达

君士坦丁雄心勃勃

企图利用东方的财富

打造一个全新的东部罗马

▼铸有君士坦丁头像的金币

395年

罗马正式分裂成东、西两个帝国

意大利及其以西地区为西罗马

首都为罗马

以东部分为东罗马

首都在君士坦丁堡

▼395年,东、西罗马帝国疆域图

479年

西罗马灭亡

西欧陷入了一团混乱之中

随后基督教也逐步开始分裂

西罗马地区信奉天主教

东罗马称正教(或东正教)

各有教廷教宗

正当西罗马残破衰败之时

东罗马凭借着与地中海沿岸、黑海沿岸

甚至是东亚的商贸往来和文化交流

迎来了一个新的辉煌

▼拜占庭时期的君士坦丁堡复原图

不过今天的故事要从一场暴乱说起

公元520年~532年

城乡平民发生了暴动

他们焚烧了君士坦丁堡的元老院

一部分皇宫

还有城内最重要的大教堂

▼旧教堂的遗骸,该教堂由狄奥多西二世在415年建成

查士丁尼大帝在平息了这场

极有可能撼动他统治的暴乱后意识到

他迫切需要一个

能重新建立民众信心

且能让闲散人员有事可做的宏大工程

很显然

在当时的情境下

最理想的大工程便重建大教堂

查士丁尼希望借机树立威信

恢复昔日荣光

而新教堂的落成

就是这个时代最具象征意义的里程碑

▼查士丁尼大帝

532年2月

旧教堂的清理工作开始

新教堂预备动工

此时离旧教堂被烧毁仅一个月

查士丁尼显得迫不及待

他找到了几何学家以及力学理论家

特拉列斯的安提莫斯

and教授物理学、写作穹顶技术著作的

米利都的伊西多尔

来负责教堂的设计与施工

还勾勒了理想中的教堂蓝图

有一个无与伦比的大穹顶

并表示希望教堂能在五年完工

▼他们的名字太难记了,以下简称老安和老伊。老伊长这样,老安没图

尽管老伊和老安都不是专业的建筑家

但设计出的教堂不容小觑

这是一个集中式的教堂

教堂中央四根粗壮的墩柱拔地而起

勾勒出一个长70米、宽30多米

高达60米的中央大厅

两边是一系列的廊道

教堂顶端是一座壮观的大圆顶

▼教堂布局图

这方案挺气派吧

业主查士丁尼也感到很满意

但说句实话真是太!难!搞!了!

要知道

当时的建造工程还在以经验为主导

并未形成一套完整的建筑体系

在建筑过程中

工程师们往往需要反复的实验

以此达到优异的效果

▼教堂剖面图,注意看第一层的小门,可以想像教堂真的非常高大

如此巨大穹顶

横跨面积超乎想象

并且需要完全离开墙壁的支撑

显然是没有任何前人的经验可以参考

在这样的情况下

如何把大圆顶架在墩柱构成的方形基座上

成了当下最大的挑战

▼基座示意图,制图@兰泽玉

首先考虑理想方案

如果把圆顶直接架上去

只能架在基座圆拱的最高点

▼将圆顶直接置于基座上示意,制图@兰泽玉

这肯定不行

不仅稳定性差

而且没有额外的支撑

圆顶必然会龟裂

最后向内崩塌

▼率先龟裂的将是没有支撑的部分,制图@兰泽玉

老伊和老安发明了一种

全新的方法来克服难题:

用弧三角填充基座,以此支撑圆顶

弧三角是凹形的

在方形的基座上

形成圆顶所需要的圆形底座

也可以看作圆顶的外延

▼弧三角放置位置示意图,它的学名叫做帆拱,制图@兰泽玉

它不仅在圆顶和墩柱间作为过渡

同时能抵消一部分圆顶向外扩张的力

帮助把圆顶的重量导入支撑柱墩

再导向地面

▼穹顶与帆拱的力的传导示意图,制图@兰泽玉

然而,即便有了帆拱

还是不能完全抵消

大圆顶底部向外扩张的水平推力

久而久之

墩柱及大圆顶便会支撑不住

向外扩张,进而垮塌

▼把圆顶直接放在地面比较好理解,两端放上支撑物,就可与水平推力相抗衡;但圆顶架在高空中情况就复杂得多

老伊和老安想出了新法子来对付

在大圆顶底端的圆拱上

造出两个半球顶平衡它的侧推力

它们的侧推力又由更小的半球去平衡

这样一来

不仅形成了层层叠放的力的平衡体系

还能拓宽大殿的长度

▼穹顶两端增加半穹顶和小穹顶,制图@兰泽玉

这还不够

在墩柱的外侧

圆拱型的长廊形成了教堂的扶壁

它们也在帮忙

把圆拱的力传到地面

▼扶壁,制图@兰泽玉

当他们解决完前面的问题

终于到了封顶时刻

但又出现了一系列麻烦

首先需要选用质轻

且强度大的材料打造穹顶

然后

考虑到这些年来底座有所变形

只能打造一座比较浅的椭圆形圆顶

使圆顶架在上面

这样圆顶便可以横跨长短不一的尺寸

▼同时浅圆顶上面开窗,营造一种神圣的氛围

接着在教堂的外侧

衔接着墩柱建起一系列的大扶墙

这同样是为了

把墩柱的外推力转移到地面

使教堂尽量保持现状

▼大扶墙在后来几个世纪间都在增加‍♀️

五年之后教堂终于完工

公元537年12月26日

查士丁尼大帝和大主教

率领一支庄严的队伍

举行圣索菲亚大教堂落成典礼

查士丁尼走进金碧辉煌的大堂

独自走上讲台举起双臂高呼:

“荣耀归上帝,他教导我完成如此伟大的工程!喔!所罗门王呀,我终于胜过了你!

▼请在脑海中把四个尖塔去掉,它们的故事后面再说

要如何形容教堂的壮丽?

一个直径33米的大穹顶

置在60余米的高空中

若干个向四面延伸开去的半穹顶

逐个缩小、层层涌起

将中心高达55米的中央穹顶的统率地位

烘托到了极致

南北向空间被廊道划分

形成一种隔而不断的效果

使整个教堂的内部空间

显得既集中统一又曲折多变

正如查士丁尼的宫廷史学家写道:

人们无论何时进入这个教堂做祷告,他们都会马上理解这件杰作并非出自任何人力或技巧......

于是他们的精神仰望上帝并得到升华,他们感到主并不遥远,而且一定十分喜欢住在这个主亲选的地方。

简言之

老伊和老安创造了

以拱门、扶壁、小圆顶等设计

来支撑和分担穹顶重量的建筑方式

以及在这个体系下的集中式开放型空间

他们不是青出于蓝

而是创造了一座空前的结构体

然,世事无常

在第四次十字军东征期间

拉丁基督教徒占领了君士坦丁堡

教堂遭到了洗劫和亵渎

并成为了天主教教堂

拜占庭人重夺君士坦丁堡后

大教堂已显得相当破败

他们重新装修了教堂

西面的四道扶壁大概就是在这时加建

▼十字军进入君士坦丁堡

公元1453年

土耳其人攻克了君士坦丁堡

将此地更名为伊斯坦布尔

延续了千年的拜占庭帝国就此灭亡

▼穆罕默德二世及其军队进入君士坦丁堡

不过土耳其人并没有破坏大教堂

他们很喜欢这个宏伟的建筑

决定“占为己有”

不仅把大教堂改成清真寺

巩固了圆顶和拱顶、摆正圆柱

改变建筑内外的装潢

▼墙上穹顶上全是阿拉伯语的装饰

还在角上加建了呼唤穆斯林们

按时举行礼拜的授时塔

或者叫“邦克楼”

▼有请四个尖塔登场

并且仿照它的样式

建立多座新的大清真寺

其中最有名的

便是伊斯坦布尔地标建筑之一的

蓝色清真寺

▼蓝色清真寺与圣索菲亚大教堂,你能分得清吗?

如今的圣索菲亚大教堂

已经成了一座博物馆

这或许是它最好的结局

我们站在当下

回想千年前的老伊和老安

也依然会慨叹他们的精彩创造

这个在修建圣索菲亚大教堂过程中

摸索出的全新建筑形制

对欧洲建筑甚至是东方建筑

都产生了非常巨大的影响

从它滋生出来的大穹顶

在许多城市里都构成了天际线的中心

嗯,这一切都是为了大穹顶!

图片来源:

VCG、unsplash、wiki、pixabay

参考文献:

外国古建筑二十讲. 陈志华. 三联书店

旅途上的建筑. 郭学明. 机械工业出版社

远古工程的巡礼 II. 美国国家地理 纪录片

... The End ...

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