Купол Флорентийского собора строился с 1420 по 1436 год, то есть 16 лет. И происходило это за 300-400 лет до возникновения дисциплины «статика сооружений» и через 1300 лет после возведения Пантеона в Риме.
Купола Флорентийского собора и Пантеона - это своеобразные вершины европейского инженерного искусства. Пролет купола Пантеона в 43,4метра никогда не был превзойден при строительстве сводов. В других конструкциях только в XIX веке удалось перекрыть большие пролеты.
Впервые в 1817 году при помощи деревянной конструкции в Москве в здании Манежа и потом, после 1870 года, с применением металла и железобетона, которые позволили перекрывать большие пространства. Пролет купола Флорентийского собора в 42 метра ненамного меньше купола Пантеона.
Лишь купол собора Святого Петра в Риме имеет равный, даже чуть больший пролет - 42,6 метра, и, несмотря на некоторые различия, во многом схож с куполом Флорентийского собора. Правда, во Флоренции речь идет не о купольной конструкции с поверхностью двойной кривизны, а скорее о своде над восьмиугольным планом. Он состоит из восьми изогнутых в одном направлении лопастей. То есть речь идет о сомкнутом своде со статически неблагоприятными свойствами. Если далее мы будем говорить о куполе, то не только ради простоты, но и по определенным причинам, речь о которых пойдет дальше.
В отличие от купола Пантеона, выполненного в бетоне, римского — opus caementium — флорентийский купол возведен из естественного камня и кирпича. Купол Пантеона опирается на мощный, относительно невысокий цилиндр, выполненный в кирпичной кладке и имеющий довольно сложную внутреннюю конструкцию. Плоский и незаметный снаружи, сидит он на нем низко и сутуло.
В противоположность ему крутой и высокий силуэт купола Флорентийского собора рассчитан на внешнее восприятие. Он задуман как венец города, занимающего господствующее положение над морем мелких крыш. Купол опирается на высокое и рискованное в конструктивном отношении основание. Высота подкупольного пространства достигает при этом высоты двойного диаметра основания.
Опора свода находится на высоте около 50 метров от уровня пола, так что высота внутреннего пространства достигает 83 метров. Монастырский свод подобного пролета никогда не был повторен. Подробные документальные сведения о проектировании и возведении строительных конструкций известны нам в основном со второй половины XIX века. Но в этом отношении купол, да и сам собор во Флоренции являются исключением.
Сохранилось множество документов с описанием хода строительных работ, которые к настоящему времени во многом проанализированы и частично опубликованы. Важнейшими из них являются материалы комиссии по строительству собора. Другим интересным документом являются «Жизнеописания наиболее знаменитых живописцев, ваятелей и зодчих» Джордже Вазари, изданные в 1550 году.
В жизнеописании Брунеллески Вазари посвящает более половины текста возведению купола собора. В обширной новой литературе находит свое отражение почти каждая деталь сооружения. Тем не менее до сих пор не все конструктивные детали нашли свое окончательное объяснение, так как многое скрыто в кладке и недоступно исследователям.
В данной статье мы попытаемся кратко осветить следующие вопросы:
- как возник проект купола;
- на основе каких конструктивных знаний он возник;
- как сконструирован купол.
При этом будет сделана попытка прояснить, что является вкладом самого Брунеллески, а что относится к идеям его предшественников или опирается на уже существующий опыт.
В 1294 году флорентийцы решили построить новый большой собор во славу бога, но не в меньшей степени, чтобы превзойти города-конкуренты. Первый проект собора, в котором уже был предусмотрен купол с восьмигранным основанием, вероятно по подобию расположенного неподалеку баптистерия с куполом пролетом в 27 метров в виде монастырского свода, выполнил Арнольфо ди Камбио.
Сооружение нового собора становится задачей для поколений. Чтобы реализовать эту честолюбивую затею, цех суконщиков, выступавший заказчиком и которому поэтому подчинялась комиссия по строительству собора, подвергает себя железной дисциплине. Каждый шаг с этого момента обсуждается в комиссиях, к работе привлекается много художников и экспертов. Принятые решения тщательно излагаются в письменной форме.
Через 70 лет проект претерпевает изменения в сторону его увеличения. Основной причиной этого, по всей вероятности, была конкуренция городов-соседей, где также появилось желание возвести большие, более представительные соборы. И через два десятилетия начинается настоящая «битва соборов». Почти одновременно идет строительство соборов в Милане и Сиене, а в Болонье — церкви Святого Петрония, которая должна была иметь длину 224 метра.
Эти и другие громадные сооружения возводятся в течение столетий. Строительство некоторых из них продолжается вплоть до начала XIX века. Часть их возводится полностью, другие же остаются неоконченными. Например, старый собор в Сиене длиной в 90 метров, построенный еще в XII веке, должен был быть включен как поперечный неф в новый большой собор. Но эпидемия чумы помешала реализации этих честолюбивых планов.
Во Флоренции смогли опередить это угрожающее развитие в городах-соперниках. Строитель собора Таленти так увеличивает собор в проекте, что длина его возрастает до 153 метров, а диаметр октагона до 42 метров. Последний размер конечно же в ориентации на пролет Пантеона, который, с одной стороны, является своеобразным «звуковым барьером» в области строительства куполов, а с другой — как бы гарантирует возможность возведения купола с таким пролетом.
Слияние купола и базилики приобретает в этом проекте новое качество. Основа для подобного развития была заложена за сто лет до этого в Пизе Там должны были растянуть купол в длину, так как внутренний четверик колон был недостаточно велик. Собор в Сиене со своим более широким шестигранным куполом был следующим шагом на пути этого развития.
При этом две опоры сместились в боковые нефы, так что увеличенный подкупольный центр вошел в конфликт с продольными нефами. Таленти находит для Флорентийского собора новое единство подкупольного пространства и продольных неф. Опоры между подкупольным пространством и боковыми нефами были пробиты и тем самым создана связь между пространствами.
В проекте Таленти, который был представлен в двух моделях, наряду с формой и размерами плана был заложен ряд других интересных деталей Так, например, своды трех конхов, примыкающих к октагону, образуют поперечный неф и хор. Они должны были быть перекрыты восьмигранными монастырскими сводами (трехчетвертными куполами). Позднее так и было сделано.
Была определена стрельчатая форма купола, а также наличие фонаря на вершине купола — снова по подобию соседнего баптистерия, который является первым известным сооружением с завершением подобного рода. Все это происходило в 1367 году. Через два года после появления обеих моделей Таленти, которыми проект был представлен городской общественности, начинается дискуссия об отдельных частях и деталях сооружения.
Спор длится 10 лет. После этого вместо одного главного строителя назначается коллектив — группа мастеров в количестве восьми человек, выбираемых народом. Мастера строят новую большую модель, вероятно, в масштабе 1:10, то есть 15 метров длиной и 4 шириной, чтобы постоянно контролировать осуществление дета— лей, решение по которым было принято. К сожалению, по завершении строительства собора эта модель была уничтожена, и как она выглядела точно, мы не знаем.
Применение моделей такого размера было в то время и позднее не чем-то необычным, Несколько позже в Болонье была изготовлена модель еще большего размера для церкви Святого Петрония, также из кирпича и цемента. Длина ее была 18,70 м. Итак, собор строится на основании модели и комиссия следит за строгим соблюдением принятых решений, Все строители собора давали клятву строго следовать утвержденному проекту. До рождения Брунеллески оставалось 10 лет.
Уже упомянутый десятилетний спор касался различных частей сооружения, среди других речь шла о форме опор продольного нефа и формы окон барабана. Первоначально предполагались окна стрельчатой формы. Решили сделать круглые. Для того времени это было смелое решение. В отношении опор поступили следующим образом: на стройке сделали по разным предложениям модели нижних частей опор в масштабе 1:1. Сначала они были высотой 90 сантиметров. Лучшие были выполнены как трехмерные модели и поставлены на цоколь фундамента. Два предложенных варианта капителей были нарисованы в натуральную величину на стене соседней церкви.
После обсуждения городской общественностью был определен вариант для реализации. Как должен был выглядеть запроектированный собор, показывает нам стенопись того времени (1366-1368), выполненная Andrea di Bonaiuto. Она находится в церкви Santa Maria Novella и показывает собор еще с приземистой формой купола, абрис которого соответствует трехчетвертным куполам над конхами. Хотя и нужно проявлять должную осторожность при рассмотрении подобных изображений архитектурных сооружений, это формальное соответствие вряд ли случайно.
Барабан под куполом еще отсутствует, фонарь выглядит по-другому и меньше по размеру чем реализованный, Тем не менее интересно сравнить это изображение еще проектируемого сооружения с реализованным. Andrea di Bonaiuto во время выполнения этой фрески был членом комиссии по строительству собора. Это означает, что он был хорошо информирован о ходе проектирования и строительства и тем самым был в состоянии корректно его изобразить.
Следует также упомянуть, что в это время думают и о самом процессе строительства. Уже имеются предложения по изготовлению лесов и подъемных кранов. Модель лесов монтируется в модели собора и остается там до окончания строительства. Здесь мы сделаем паузу. Брунеллески рождается. Он обучается на золотых дел мастера, потом обращается к скульптуре и, наконец, все более и более к архитектуре. Он совершает путешествия в Рим и основательно изучает античное зодчество, очевидно, с уклоном в сторону конструктивных вопросов, которые занимают его особенно. Купол Флорентийского собора является не единственным сооружением, где он показал себя искусным инженером.
В это время уже был возведен октагон собора, причем на южной стороне возникли проблемы с грунтовыми водами. Дискуссия по поводу соответствующего устройства фундамента длилась довольно продолжительное время. Были возведены арки, которые должны были нести барабан. С помощью деревянных кружал были возведены монастырские своды над тремя конхами.
Конструкция купола Флорентийского собора по A. RossiВ 1417 году, когда эти работы были еще в ходу, начинают думать и о возведении большого купола. Документы показывают, что существовала определенная нервозность, почти что паника. Советуются. Ищут яркие идеи, и здесь на сцену выступает Брунеллески, которому уже исполнилось сорок лет.
Так в чем же заключалась неожиданно возникшая проблема? Ясно, что она состояла не в том, что, как часто утверждается, только теперь стало ясно, как много дерева потребуется на устройство лесов, или в том, что испугались их стоимости. Уже за десятилетие до этого все это было известно. Проблема, которую вдруг заметили, заключалась в том, как вообще возвести на такой высоте такой тяжелый купол по кружалам.
Своды по кружалам возводятся обычно как можно быстрее, чтобы предотвратить деформацию деревянной конструкции под постоянно возрастающей и меняющейся в ее распределении нагрузкой. Так было при кладке сводов над тремя конхами. Когда последний из них был возведен (на южной стороне), то рекордное время возведения было отпраздновано тринадцатью бочонками вина, белым хлебом и апельсинами. Только при устройстве этих сводов, вероятно, стало ясно, как тяжело будет сконструировать кружала для большого купола, чтобы под растущей нагрузкой они не прогибались.
О быстром возведении купола даже не помышляли. Комиссия предлагает всем желающим заняться этой проблемой. За предложения, которые смогут помочь в решении и поданные в виде чертежа, модели или пояснительной записки, назначается денежная премия. В ответ комиссия даже получает и такие курьезные предложения, как, например, установить громадную опору по центру купола или вместо лесов использовать земляную насыпь с зарытыми в ней деньгами.
После окончания строительства население добровольно разобрало бы насыпь, развезя на тележках землю по домам, чтобы извлечь из нее монеты. Брунеллески же предлагает построить купол при полном отказе от кружал. Но как он собирается это сделать, не разъясняет. Сначала его предложение не принимается всерьез. Но уже на следующий год в конкурсе на большую модель побеждают он и его соперник Гиберти - им было дано право построить самые большие модели. Эти модели, которые, к сожалению, не сохранились, должны были служить определению средств и путей построения купола без кружал. При этом комиссия желает увидеть предложения по лесам, подъемникам, рабочим платформам и устройству за контролем формы купола и его кривизны.
Новым в моделях Брунеллески и Гиберти стало то, что в них были показаны строительный процесс, устойчивость конструкции во всех его фазах. Эти модели, насколько нам известно, были первыми, которые использовались для решения конструктивных вопросов. Опыты с нагрузкой конструкции на модели, правда, не производились. Первые подобные опыты были проведены Кулибиным в 1770 году, через 350 лет, в России. Гиберти строит свою модель с помощниками из специального мелко-форматного необожженного кирпича.
Брунеллески с двумя художниками и четырьмя каменщиками строит большую модель из обычного кирпича и полукирпича. Ему требуется на это тридцать дней. Размеры модели неизвестны. Своей моделью Брунеллески доказывает, что строительство купола без лесов возможно, и выигрывает конкурс. Гиберти длительное время участвует в руководстве строительством, правда, не к радости Брунеллески.
До 1420 года, когда Брунеллески начинает возведение купола собора, чтобы опробовать метод и улучшить его, он возводит два купола меньших размеров. Это купола церкви San Jakop sopra Arno и капеллы Barbadori в Santa Felicita. К сожалению, к началу XVIII века оба купола разрушились. В Santo Felicita капелла, хотя и с барочным плоским куполом, сохранилась, так что мы по крайней мере можем составить себе представление о его размерах (примерно 4х4 метра).
Следует также упомянуть, что Брунеллески, чтобы пояснить достоинства своего купола, приказал разровнять песчаную отмель на берегу реки Арно, покрасить ее известкой и после этого нарисовал начертания купола в натуральную величину. До начала строительства Брунеллески изложил в программе из 14 пунктов все важные детали, касающиеся процесса возведения купола. Эта программа сохранилась. При всей ее точности он, правда, не раскрывает, в чем же заключается фокус возведения купола без кружал. По всей вероятности, и в ходе строительства он не рассказывал общественности, как все, собственно говоря, происходит. Конечно, в меньшей из желания удивить флорентийцев (что ему в итоге удалось), а для того, чтобы избежать возможности отстранения от контроля за строительством его конкурентом Гиберти.
Итак, прежде чем заняться фокусом возведения купола без кружал, мы рассмотрим различные части его конструкции согласно описанию их в программе Брунеллески. Купол покоится на основании из четырех мощных опор площадью 140 кв. м. На них поддерживаемый стрельчатыми арками сидит восьмиугольный барабан, а на нем массивная часть купола (2.50 метра высотой и 4.50 метра толщиной) из горизонтальных слоев тесаного камня. Каменные блоки соединены между собой железными скобами.
Свое характерное горизонтальное сечение купол получает в области ребер, то есть над барабаном. Имеется 8 главных ребер по углам - только они видны снаружи - и шестнадцать вспомогательных ребер, которые сходятся наверху под фонарем в кольце, работающем на сжатие. В этой области купол состоит из двух оболочек. Внешняя оболочка имеет толщину 60 сантиметров. По объяснению Брунеллески, она должна предохранять внутреннюю оболочку от влаги и придавать более представительный облик куполу снаружи.
То есть здесь впервые на стадии проектирования сделано различие между восприятием купола изнутри и снаружи. Внутренняя оболочка имеет толщину 240 сантиметров, причем в верхней ее части она несколько тоньше - 210 см. Пространство шириной в 1 метр между двумя оболочками содержит подъем наверх с обходами и лестницами. До высоты 7 метров ребра и оболочка выполнены из песчаника, а выше из облегченного кирпича.
Наряду с угловыми ребрами имеются горизонтальные арки, о которых упомянуто и в программе. Эти горизонтальные балки, через определенные промежутки поддерживающие внешнюю оболочку, являются важной конструктивной деталью. Вся купольная конструкция опоясана двумя видами кольцевых стяжек — кольцами из камня и кольцом из дерева. Четыре каменных кольца расположены у основания купола, на уровне двух обходных галерей внутри купола и у его вершины.
Согласно программе они должны состоять из блоков песчаника, соединенных оцинкованными скобами. Эти блоки скрыты внутри кладки. Частично видны лишь каменные балки, находящиеся под этими кольцами, которые соединяют оболочки в радиальном направлении. Как на шпалах, на этих балках лежат два параллельных кольца - одно во внутренней оболочке, другое - во внешней. Концы этих каменных балок видны и снаружи у основания купола. Они выпущены, так как на них предполагалось опереть обходную галерею, которая была выполнена лишь в виде короткого пробного участка. Горизонтальные каменные балки обоих средних колец свободно проходят через пространство между двумя каменными оболочками и несут песчаные плиты внутренних обходных галерей.
Конструкция купола собора и баптистерия во Флоренции по Hans-Erhard HaverkampfИз запроектированных четырех деревянных стяжных колец было выполнено только одно. И не из дуба, как это было предусмотрено, а из каштана. Брусья сечением 30 х 35 см и длиной 580 см соединены дубовыми дюбелями. Это распорное кольцо образует не восьмигранник, как купол, а используя промежуточное пространство между сводами — 24-гранник, то есть. приближается по форме к кругу. Конечно, это единственное деревянное кольцо слишком слабо, чтобы воспрепятствовать возможной деформации купола. Поэтому существует гипотеза, что оно встроено Брунеллески как специальная предостерегающая система: повреждения кольца предупредили бы о деформации купола.
Нам гипотеза кажется ошибочной потому, что появление трещин в кладке могло бы служить таким сигналом. Более вероятно, что это деревянное кольцо, как и другие запланированные деревянные кольца из дерева, должны были служить во время строительства купола дополнительными стабилизаторами. Купол находит свое продолжение в каркасе фонаря.
Угловые ребра купола снаружи облицованы мрамором. Плоскости же между ними покрыты не мрамором, как в соседнем баптистерии, а черепицей. Но не скромность или экономия были тому причиной, а желание зрительно связать купол с окружающим ландшафтом крыш, чтобы сделать купол самой большой и красивой крышей города-государства.
Стрельчатая форма купола есть уже в первом пункте строительной программы Брунеллески, а именно как quinto acuto, как кривая, описанная радиусом в 4/5 диаметра купола. При этом такую кривизну имеют лишь угловые ребра, в то время как кривая свода между ними никоим образом не может быть частью окружности, а имеет форму стоящего эллипса. Часто в разрезах купола это изображается неправильно.
Стоящий эллипс - довольно сложная форма, которая получается здесь путем соединения угловых ребер прямыми, параллельными основанию. В сооружениях прошлых эпох мы довольно часто встречаем сложные формы, полученные комбинированием двух простых форм, например их взаимопроникновением. То, что купол должен иметь стрельчатую форму, было решено задолго до привлечения Брунеллески к строительству. Но то, что эта форма должна быть очерчена радиусом, равным 4/5 диаметра, вероятно, имеет прямое отношение к нему.
Графический метод построения такой формы дан на рисунке, относящемся к 1426 году. Рисунок сделан заместителем главного строителя Джованни да Прато. Этот рисунок сопутствовал записке в строительную комиссию с нападками на Брунеллески. В ней да Прато критиковал конструктивное решение, а именно то, что Брунеллески ориентировал наклон отдельных слоев кладки к центру.
Да Прато считал, что наклон швов для такого свода слишком крут и слои кладки верхней части купола будут соскальзывать. На рисунке показан тот наклон, который да Прато считал правильным. Но, конечно, все возводится так, как задумал Брунеллески, и ничего не происходит. Этот документ сопровождался обидным для Брунеллески сонетом. Ответ Брунеллески на критику также был в форме сонета. Пример иллюстрирует, что и в то время борьба между архитекторами и строителями была довольно жесткой. Но брань облекалась в форму сонета.
Как два важнейших новшества, привнесенных Брунеллески, приводятся обычно размещение стяжек в форме колец и решение купола с двумя оболочками. Первое не соответствует действительности, а второе — лишь частично. Анкера-стяжки были распространены еще в романской архитектуре, а стяжки в форме колец использовались, например, в готических шпилях башен и в сомкнутых сводах баптистериев. И флорентийский баптистерии имеет такое деревянное кольцо-стяжку.
Во Флорентийском соборе сомкнутые своды над конхами имеют каменные кольца-стяжки, появившиеся задолго до привлечения Брунеллески к возведению купола. Кроме того, своды под барабаном были застрахованы металлическими стяжками, которые были удалены лишь после возведения купола. Решение купола с двумя оболочками и тем самым образование относительно легкой и жесткой конструкции в данном конкретном виде действительно ново, но все же не совсем.
Архитектор из Карлсруэ Хайнрих Хюбш еще в прошлом столетии заметил, что в соседнем баптистерии решение свода с двумя оболочками уже имеется, и Брунеллески в этом случае имел образец для своей конструкции купола, Сомкнутый свод баптистерия в нижней части подпирается стенами. На них сидят небольшие своды, несущие мраморную кровлю. Тем самым неизвестный мастер как бы заложил решение с применением двух оболочек. В пространстве между ними находится деревянная стяжка-кольцо, расположенная довольно разумно.
И, наконец, вопрос - каким образом Брунеллески обошелся без кружал? Первое указание мы встречаем у Альберти, современника Брунеллески и высокоодаренного архитектора-самоучки. Он впервые в письменной форме изложил свое понимание работы сводов, правда, не очень убедительно. По всей вероятности, он не обладал большим практическим опытом и руководство возведением своих построек передавал другим.
Во всяком случае его изложение о работе и возведении цилиндрических и стрельчатых сводов имеет ошибки, которые заметил бы любой каменщик того времени. Тем более удивительно, что далее следуют очень серьезные заметки о куполах: «Один из сводов, однако, а именно, правильный сферический, не нуждается в кружалах, поскольку он состоит не только из арок, но и из венцов». И далее: «Также и монастырский свод, если в его толщу вделать правильный сферический, ты можешь воздвигнуть без кружал». Под этим приемом, без всякого сомнения, скрывается Флорентийский собор, и можно предположить, что данные познания не результат строительной практики самого Альберти. Вероятно, Брунеллески изложил своему другу принципы возведения купола.
Есть одно замечание - каждое сооружение должно быть спроектировано для двух состояний, а именно для времени возведения, когда несущая способность постоянно меняется, и для периода после окончания строительства. Это относится, например к аркам из камня и кирпича, которые должны выкладываться по кружалам, и только после того, как они замкнулись, они начинают нести нагрузку самостоятельно.
Как известно, преимуществом куполов является то, что они работают в двух направлениях — как арки и как горизонтальные кольца. Это преимущество использует хитроумный эскимос при строительстве своего иглу из снежных блоков, возводя одно кольцо за другим, так что сооружение может стоять в любой момент, не пользуясь поддержкой кружал. И он поступает очень хитро, когда строит свое жилище не из горизонтальных, а наклонных колец. Тем самым еще не замкнутый верхний слой держится на нижнем, и все сооружение можно споро ввинчивать вверх. Подобный метод использует и Брунеллески.
Итак, купол - это конструкция, которая в отличие от арки в каждой фазе строительства несет себя сама и в которой верхний слой, пока кольцо незамкнуто, должен быть поддержан. Для этого не нужны даже формованные клинообразные камни, как в древних купольных конструкциях из подысканных неотесанных обломков скал, как, например, в Бари, на юге Франции. Итак, у купола начинает работать каждое кольцо, когда оно замкнуто.
Идея Брунеллески заключалась в том - так у Альберти - чтобы от сначала довольно толстого полушаровой формы купола отрезать изнутри и снаружи столько, чтобы образовалась форма сомкнутого свода, но при этом оставить от первоначальной формы столько, чтобы в ее теле можно было бы разместить достаточно большое в сечении распорное кольцо. В этом и заключается хитрость его конструкции: восьмигранный сомкнутый свод, который так массивен, что в него можно вписать купол.
Геометрия кладки купола собораТак поступает Брунеллески по крайней мере с внутренней оболочкой, в толще восьмигранника которой на любой высоте можно вписать распорное кольцо шириной 40 см. Этот сомкнутый свод ведет себя как купол в горизонтальном сечении и может быть возведен без лесов из горизонтальных колец. В случае тонкой наружной оболочки это невозможно. Но здесь уже вышеупомянутые горизонтально расположенные арочные раскосы дополняют плоскости свода так, что там также можно образовать распорные кольца достаточного сечения.
Rowland Mainston, который заметил этот конструктивный прием, измерил раскосы и установил, что они вместе с плоскостями купола образуют круг. Но раскосы расположены через каждые 2,5 метра по высоте и в промежутках, естественно, распорные кольца не образуются. Но здесь могут быть образованы более плоские распорные кольца в частях плоскостей внешней оболочки, как это имеет место в готических и нервюрных сводах. В сомкнутом своде тем самым скрыты два круглых в плане купола, из которых внешний имеет лишь фрагментарный характер.
Идею круглого купола внутри сомкнутого свода Брунеллески проводит и другим образом. Вообще-то очевидно, что проще выложить своды между ребрами горизонтальными слоями. Тогда, правда, слои кирпичной кладки должны были бы «ломаться» на углах, чтобы войти в соседнюю поверхность. Но Брунеллески делает кладку по кругу, в котором швы направлены в центр купола. Это означает не только значительное усложнение строительного процесса, но также требует и понимания его. Всем ремесленникам нужно объяснить, что и как делать.
Мы знаем из Вазари, что Брунеллески объяснял каменщикам эту проблему швов на примере небольших моделей, сделанных из воска и дерева, или, как говорится у Вазари, «он вырезал их из репы». Если в соответствии с формой купола репу сделать восьмигранной, то легко будет продемонстрировать следующее: те кольцевые слои кладки, которые в круглом куполе лежат горизонтально, в восьмиугольной форме получат кривизну.
За отсутствием репы мы проделали эксперимент с яблоком. В нем высверлили в середине конус, чье острие является центром, куда должны быть направлены горизонтальные швы кладки и где срез соответствует положению и наклону самого верхнего слоя кладки. И если теперь этому круглому яблоку придать восьмигранную форму, иначе форму сомкнутого свода, то мы увидим, как между ребрами образуются дуги.
Впоследствии подобная модель была выполнена в дереве в виде трех точных моделей, демонстрирующих три различные фазы строительства. Можно . увидеть, что кладка выгибается между ребер. На куполе это можно было бы заметить, удалив черепицу. Но сейчас мы можем увидеть этот изгиб снаружи лишь в зоне верхнего кольца, на которое опирается фонарь. Кривизна получается сама собой, если выкладывать восьмигранник из круглых слоев кладки.
Но и это еще не все. Очевидно, для того, чтобы не дать соскользнуть свежеуложенным кольцевым слоям кладки, а также чтобы гарантировать надежную связь всей купольной конструкции, Брунеллески придумывает еще одну хитрость. Она обозначена в его программе как «кладка в форме рыбьего хребта».
Кладка состоит из вертикально поставленных кирпичей, перевязанных горизонтальными слоями, которые — это еще больше все усложняет — поднимаются наклонными слоями, как бы ввинчиваясь вверх, (Подобную конструкцию мы уже наблюдали на примере иглу эскимоса). Эти слои из вертикально поставленных кирпичей пронизывают всю конструкцию купола. Во время возведения купола последние уложенные вертикально кирпичи выступали как зубы из последнего слоя кладки и служили опорой следующему слою, пока цемент в его швах не схватывался.
Все описанные «хитрости» служат в первую очередь тому, чтобы избавиться от необходимости возведения кружал и сделать так, чтобы во время строительства слой за слоем кладки становился бы самонесущим. Во время строительства купола его ребра служили балластом, который должны были нести кольцевые слои кладки. Но по окончании строительства система ребер принимает на себя основную нагрузку, включая и вес фонаря. То есть эта система является первичной, а система межреберных плоскостей - вторичной.
Итак, во время строительства мы имеем совсем другую ситуацию, чем по его окончании. В законченном сооружении речь идет о ребристом куполе с несущими межреберными лопастями. Наряду с конструктивными проблемами вопрос о сохранении запроектированной геометрии сооружения был для Брунеллески не менее важен. Исходя из возможностей того времени, выбор его был невелик:
- оптическая триангуляция;
- метод проекций;
- триангуляция с помощью шнуров (calandrino dei tre cord).
Для оптической триангуляции можно было использовать римский хоробат, с помощью которого строились дороги и акведуки. Витрувий довольно подробно описывает пользование им. Но точность его для стоявшей перед Брунеллески задачи была недостаточна. Метод проекций требовал возведения горизонтальной платформы на уровне верха барабана. Но при его пролете и высоте это была довольно сложная техническая задача.
Метод шнуровой триангуляции подразумевает образование равнобедренного треуголвника, базис которого - хорда окружности, вписанная в барабан. Воздушная линия, которую описывает вершина этого равнобедренного треугольника, - окружность. Брунеллески определил кривизну купола как quinto acuto. Если острие треугольника, образованного триангуляционным шнуром, направить на одно из главных ребер, то при высоте этого равнобедренного треугольника, равной 4/5 диаметра купола, и базисом - хордой, пересекающей диаметр купола на 1/5 его величины, мы получим запроектированную кривизну купола.
Этот метод предоставлял Брунеллески следующие преимущества: с однажды зафиксированными на базисах триангуляционными шнурами можно было вести кладку до самого верха при постоянном контроле ее кривизны. Контролировать нужно было лишь кривизну ребер. Сложная кривая изгиба межреберных плоскостей получалась сама собой. Достаточно было соединять горизонтальными шнурами ребра на одном уровне. Эластичность шнуров можно было преодолеть вплетением в них тонкой проволоки. Технология ее производства была в то время во Флоренции известна.
Другой проблемой была доставка и установка строительных изделий. Для выполнения этих задач Брунеллески сконструировал специальные подъемники. Устройства были в своих деталях и общем решении новы, нельзя им найти аналогов и в более ранние времена. Они восхищали современников своей целесообразностью и технической элегантностью. Поэтому они были задокументированы многими специалистами того времени: Lorenzo Ghiberti, Francesko de Georgio и сиенским математиком Mariano Taccola.
Завершение работ по возведению купола отмечается на его вершине праздничной трапезой. Затем праздник продолжается внизу с участием горожан. Временная стена, отделявшая церковную часть от подкупольной, сносится и громадное пространство впервые открывается взору во всей красе. Никогда ранее не затрачивалось во Флоренции столько времени и средств для украшения церкви на один день. Эта декорация из дорогостоящих материй, картин и цветов также была спроектирована Брунеллески.
В освящении собора принимает участие римский папа. От дворца, где он остановился, до церкви вел пятисотметро— вой длины помост, накрытый по всей его длине балдахином из белого и голубого шелка, Впервые собор был заполнен так, что негде было яблоку упасть. Сочиненная Guillame Dufay месса должна была повторять пропорциональную систему собора. В этом же году Брунеллески начинает строительство четырех экседр — павильонообразных сооружений между конхами. Возможно, он сделал это для повышения устойчивости барабана.
В любом случае они улучшают визуальный переход от купола к продольному нефу. За два года до своей смерти Брунеллески начинает строительство фонаря, до окончания строительства которого не доживает. Он неоднократно говорил о необходимости его возведения, предупреждая, что без дополнительной нагрузки стрельчатый свод может обрушиться. Что он имел в виду, не совсем ясно. Тонкие и крутые стрельчатые арки (соответственно и своды) действительно стремятся к выдавливанию вершины вверх.
В качестве противодействия требовалась вертикальная нагрузка, что и делалось в готических соборах (собор на Palma di Mallorca). Но в данном случае не было подобной проблемы, поскольку речь шла не об арках, а о куполе, имеющем и горизонтально действующие силы. Именно это его свойство так искусно использовал Брунеллески при строительстве. Зачем же нужно нагружать конструкцию? Возможно, Брунеллески предполагал, что вес фонаря нагрузит ребра так, что они смогут принять изгибающие моменты.
Сам фонарь является одной из вершин творчества Брунеллески, и решение его соединения с самим куполом отличается новизной. Следует так же сказать, что из-за восьмиугольной формы с некоторых точек видны только три стороны купола, что снижает пластическое воздействие формы. Внутреннее пространство производит меньшее впечатление из-за недостаточности освещения. Также как и роспись купола, которую выполнил Вазари.
Позолоченный бронзовый шар и крест на вершине фонаря пережили не один удар молнии. Размещение в шаре реликвий с расчетом на то, что они послужат защитой от гнева небес, оказалось хоть и трогательной, но тщетной мерой. Прошедшие пять с половиной столетий показали, что Брунеллески спроектировал купол должным образом (если не говорить об образовании трещин в его нижней части).
В истории архитектуры вряд ли можно найти много сооружений, сравнимых по значению с куполом Флорентийского собора, - это, конечно, Пантеон, купол собора Святого Петра в Риме, Айя София (и, возможно, еще несколько других), которые являют собой высшие достижения в истории создания куполов.
Их реализация потребовала напряженного труда всех участников возведения, но особенно тех, кто проектировал и строил. Великий итальянский инженер Нерви заметил по поводу купола Флорентийского собора: «Это сооружение является свидетельством большого таланта и умственного напряжения Брунеллески, мучительную интенсивность которого мы вряд ли можем себе представить».