От планетария Цейса до шара в Лас-Вегасе: как сферические конструкции удивляют мир

Почему людей так тянет к шару

Природа обожает шар. Круглыми получаются мыльные пузыри и капли росы, планеты и звёзды, икринки и ягоды. Ещё Платон в диалоге «Тимей» писал, что творец придал миру форму шара как самую совершенную из фигур. А вот архитекторам шар веками не давался: из камня и кирпича легко сложить стену, арку и даже купол, но построить здание-сферу было почти невозможно. Всё изменилось в XX веке, когда инженеры научились собирать шар из треугольников. Сегодня сферические конструкции стоят в парках и на базах отдыха, в них устраивают кафе, свадьбы и фестивали, а некоторые сферы стали настоящими символами городов и целых стран.

Главным пропагандистом таких сооружений был американский изобретатель Бакминстер Фуллер. Ему приписывают знаменитую фразу: «Когда я работаю над задачей, я никогда не думаю о красоте. Я думаю только о том, как решить задачу. Но когда я заканчиваю, если решение некрасиво, я знаю, что оно неверно». Сферы — лучшая иллюстрация этой мысли: их красота не нарисована, а рассчитана.

У истории сферических конструкций есть и вполне официальные вехи. Геодезический купол патентовали дважды: в 1925 году в Германии — на имя оптической компании Carl Zeiss, где работал автор конструкции Вальтер Бауэрсфельд, и в 1954 году в США — на имя Фуллера. А самым большим сферическим сооружением в мире сегодня считается Sphere в Лас-Вегасе высотой 112 метров и шириной 157 метров. Но обо всём по порядку.

Как шар научился стоять

Первый купол на крыше завода

Мечта о здании-шаре старше любых технологий. В 1784 году французский архитектор Этьен-Луи Булле нарисовал кенотаф Ньютона — памятник великому физику в виде сферы высотой около 150 метров. По замыслу, днём сквозь отверстия в оболочке внутрь проникал бы свет, создавая иллюзию звёздного неба, а ночью в центре зажигалась бы огромная лампа-солнце. Построить такое в XVIII веке было нереально, и проект остался на бумаге, хотя его до сих пор изучают студенты-архитекторы.

Настоящий прорыв случился там, где его меньше всего ждали, — на крыше оптического завода. Немецкий город Йена, компания Carl Zeiss работает над первым проекционным планетарием. Для испытаний аппарата нужен купол-экран, и инженер Вальтер Бауэрсфельд проектирует полусферу диаметром 16 метров из тонких стальных стержней, соединённых в треугольники. Сетку покрывают тонким слоем бетона, и в августе 1923 года на её белой внутренней поверхности впервые появляется искусственное звёздное небо. Так первый в мире геодезический купол был построен ради звёзд. Публике новое чудо показали в том же году в Немецком музее в Мюнхене, а вскоре планетарии появились по всему миру. Московский планетарий открылся в 1929 году и стал одним из первых в мире.

Не отставали и советские авангардисты. В 1927 году молодой архитектор Иван Леонидов представил дипломный проект Института библиотековедения имени Ленина, где главный зал был задуман как огромный стеклянный шар, едва касающийся земли. Проект так и не построили, но рисунки Леонидова до сих пор входят во все учебники по истории архитектуры XX века.

Широкую известность таким куполам принёс Бакминстер Фуллер. В 1959 году его золотистый геодезический купол стал символом Американской национальной выставки в московском парке Сокольники — той самой, где Никсон и Хрущёв устроили знаменитые «кухонные дебаты». Купол простоял в Сокольниках больше двадцати лет. Сам Фуллер мыслил ещё масштабнее: в 1960 году он предложил накрыть прозрачным куполом диаметром около трёх километров центр Манхэттена, чтобы управлять климатом и экономить на отоплении. А жил изобретатель с женой в небольшом купольном доме в городке Карбондейл в Иллинойсе — проверял идеи на себе. А в 1967 году на Всемирной выставке «Экспо-67» в Монреале Фуллер построил павильон США — прозрачную сферу диаметром 76 метров и высотой 62 метра. В 1976 году во время ремонта акриловая оболочка сгорела, но стальной каркас уцелел, и сегодня в нём работает экологический музей «Биосфера».

Были и сферы другого рода. В 1958 году в Брюсселе к Всемирной выставке построили Атомиум: девять стальных шаров диаметром по 18 метров, соединённых трубами, изображают кристаллическую ячейку железа, увеличенную в 165 миллиардов раз. Высота сооружения — 102 метра, и в некоторых шарах сегодня работают выставочные залы и ресторан с видом на город. Задумывался Атомиум как временный павильон на полгода выставки, но так полюбился бельгийцам, что стоит уже почти семь десятилетий.

Самые известные сферические здания мира

Если собрать «сборную мира» по шарообразной архитектуре, в неё точно попадут эти сооружения:

• Биосфера, Монреаль (1967). Бывший павильон США на «Экспо-67», ажурная сфера Фуллера, внутри которой теперь рассказывают об экологии и климате.

• Spaceship Earth, Эпкот, Флорида (1982). Полная сфера диаметром 50 метров на опорах, покрытая 11 324 серебристыми гранями. Название — «Космический корабль Земля» — взято из выражения, которое популяризировал Фуллер.

• Проект «Эдем», Корнуолл (2001). Гигантские оранжереи-купола в бывшем карьере, где добывали каолин. Их оболочка собрана из шестиугольных подушек из прозрачной плёнки, которая во много раз легче стекла, а внутри растут тропические джунгли — крупнейший в мире тропический лес под крышей.

• Атомиум, Брюссель (1958). Девять шаров, которые давно стали символом бельгийской столицы.

• Sphere, Лас-Вегас (2023). Концертный зал на 17 600 мест, наружная оболочка которого покрыта примерно 1,2 миллиона светодиодных модулей. Шар может превратиться в глаз, баскетбольный мяч или планету, а его строительство обошлось примерно в 2,3 миллиарда долларов.

• Планетарии по всему миру. Полусферический купол-экран, придуманный в Йене, используют в планетариях и купольных кинотеатрах до сих пор.

Преимущества сферических конструкций

Почему шар так удобен для строителей? Объяснение даёт геометрия:

• Минимум поверхности. Из всех тел одного объёма шар обходится самой «экономной» оболочкой: ткани и металла требуется меньше, а зимой наружу уходит меньше тепла.

• Сила треугольника. Треугольник — единственный многоугольник, который нельзя деформировать, не изменив длины сторон. Сетка из треугольников передаёт нагрузку на все узлы сразу, и каркас получается жёстким при минимальном весе.

• Обтекаемость. У сферы нет плоских стен, в которые упирается ветер: поток обтекает её со всех сторон, а снег не задерживается на крутых участках.

• Свобода внутри. Внутренние опоры не нужны, поэтому всё пространство под куполом можно использовать по своему усмотрению.

Шары и купола: сравнительная таблица

Чтобы почувствовать масштаб, сравним самые известные сферы и купола XX–XXI веков:

За сто лет диаметр «рекордных» сфер вырос почти в десять раз, а их назначение изменилось от испытательного стенда для планетария до концертного зала с самым большим экраном на планете.

Где сферические конструкции работают сегодня

Сферы давно перестали быть только достопримечательностями. Лёгкие купола из стальных или деревянных стержней с тентовой оболочкой теперь встречаются повсюду:

• Глэмпинги и базы отдыха. Сферический шатёр с прозрачными сегментами превращает ночёвку на природе в отдельное приключение.

• Кафе и рестораны. В Ульяновске, например, кафе собрали из трёх сферических шатров диаметром 6, 8 и 10 метров — необычный силуэт сам по себе привлекает гостей.

• Свадьбы, презентации и корпоративы. Купол создаёт камерное пространство, в котором легко выстроить свет и декор.

• Мобильные планетарии и купольные кинотеатры. Проекция на всю полусферу погружает зрителя в изображение — внуки купола из Йены колесят по школам и фестивалям.

• Выставки, ярмарки и арт-объекты. Сфера заметна издалека и сразу становится точкой притяжения.

• Зимние сады и оранжереи. Прозрачные треугольники пропускают свет, а форма помогает сохранять тепло.

• Зимние террасы ресторанов. Небольшие прозрачные сферы на летней веранде превращают её в зимнюю: гости ужинают за столиком в тёплом «пузыре», а вокруг падает снег.

Сферы обожают фотографы и блогеры: подсвеченный изнутри купол на фоне вечернего неба выглядит как космический корабль, приземлившийся в парке. Для бизнеса это бесплатная реклама — снимки необычного кафе или глэмпинга расходятся по соцсетям быстрее любых баннеров.

Размеры таких шатров начинаются примерно с пяти метров в диаметре — это камерная сфера для двоих. Купол диаметром 6 метров вмещает около 14 человек за столом, 8 метров — около 25, 10 метров — около 40, а самые большие сферы диаметром 20–30 метров подходят для концертов и выставок.

Интересно знать

Почему мыльный пузырь круглый

Плёнку мыльного пузыря стягивает поверхностное натяжение, и она стремится занять наименьшую возможную площадь. Для заданного объёма воздуха такой формой оказывается шар. Ещё в XIX веке бельгийский физик Жозеф Плато изучал мыльные плёнки на проволочных каркасах и сформулировал законы, по которым они соединяются друг с другом. Удивительно, что большую часть этих опытов он провёл, уже потеряв зрение: эксперименты ставили помощники и родные, а учёный анализировал их описания. Сферические конструкции используют ту же экономию природы: максимум пространства при минимуме оболочки.

Как собрать шар из треугольников

Основой большинства геодезических куполов служит икосаэдр — многогранник из 20 одинаковых треугольников. Каждый треугольник делят на более мелкие, а их вершины «выталкивают» на поверхность воображаемой сферы. Сколько раз делят исходную грань, называют частотой купола: чем она выше, тем больше треугольников и тем ближе форма к идеальному шару. Например, Spaceship Earth построен на основе многогранника с частотой 8 — отсюда его тысячи граней.

Родственник геодезического купола есть в каждом спортзале. Классический футбольный мяч сшит из 12 пятиугольников и 20 шестиугольников — это усечённый икосаэдр. Точно так же устроена молекула углерода из 60 атомов, открытая в 1985 году. Её назвали бакминстерфуллереном в честь Фуллера, потому что она напоминала его купола, а в 1996 году за открытие фуллеренов учёные получили Нобелевскую премию по химии.

Что слышно внутри

Купол работает как огромная акустическая линза: стены отражают звук и собирают его в определённых точках. Самый знаменитый пример — «Галерея шёпота» в соборе Святого Павла в Лондоне, где шёпот у стены слышен на противоположной стороне круглой галереи. В сферических шатрах с этим эффектом борются с помощью текстиля: драпировки, ковры и мягкая мебель гасят эхо, и разговаривать становится комфортно.

Как устроен современный сферический шатёр

Современная сфера для кафе или глэмпинга — это каркас из стальных труб с порошковой окраской или цинкованием либо из клеёного бруса. Стержни соединяются в узлах болтами, а сверху натягивают прочный ПВХ-тент с прозрачными сегментами. По желанию сферу утепляют двойным тентом, ставят пол, двери, окна, отопление и кондиционер. Каркас рассчитывают на снеговую и ветровую нагрузку конкретного региона, а небольшие сферы собирают за день без тяжёлой техники. Самое ответственное место — узлы, где сходятся пять или шесть стержней: от точности их изготовления зависит, будет ли тент натянут ровно, без складок и провисаний. Прозрачные сегменты делают из плотной ПВХ-плёнки или поликарбоната, а для зимы под основной тент подвешивают утепляющий слой.

Совет инженера: выбирая сферический шатёр, попросите расчёт каркаса именно для вашего региона, а не «типовые» цифры. Прозрачные сегменты лучше ориентировать на север или восток — так сфера меньше перегревается в солнечный день. И сразу заложите в смету текстиль для акустики: в пустом куполе эхо будет мешать и музыке, и разговору.

Документы, рекорды и безопасность

Рекорды — это увлекательно, но для настоящей сферы на вашем участке важнее документы. В России лёгкая сфера, которую можно разобрать и перевезти, считается некапитальным сооружением, а снеговые и ветровые нагрузки для его расчёта берут из свода правил СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия». Ткань оболочки должна иметь сертификат пожарной безопасности: по Федеральному закону № 123-ФЗ горючие строительные материалы делятся на группы от Г1 до Г4, и для мест, где собираются люди, выбирают самые трудногорючие варианты.

Документы и сертификаты: при покупке сферического шатра запросите паспорт изделия с расчётными нагрузками, руководство по монтажу, сертификаты на тентовую ткань и металл, а также гарантийные обязательства на каркас и оболочку. Если сфера будет принимать гостей — в кафе, на базе отдыха или на мероприятии, — эти документы понадобятся при первой же проверке.

Вопрос — ответ: сферические конструкции

Кто изобрёл геодезический купол?

Первый такой купол построил немецкий инженер Вальтер Бауэрсфельд в 1923 году в Йене для планетария. Бакминстер Фуллер позже развил идею, получил на неё патент в США и сделал купола знаменитыми.

Чем сфера отличается от купола?

Сфера — это полный шар, а купол — его часть. Сферическими шатрами обычно называют купола, форма которых близка к шару и заметно выше полусферы.

Почему геокупол такой прочный?

Каркас состоит из треугольников, которые не деформируются, а нагрузка распределяется по всем узлам сразу. Поэтому сфера выдерживает ветер и снег при небольшом весе.

Какое сферическое здание самое большое?

Сегодня это Sphere в Лас-Вегасе высотой 112 метров и шириной 157 метров, открытая в 2023 году.

Были ли такие купола в России?

Да, ещё в 1959 году золотой купол Фуллера стоял в московском парке Сокольники. Сегодня сферические шатры можно увидеть на базах отдыха, в глэмпингах, у кафе и на фестивалях по всей стране.

Почему в куполе бывает эхо?

Вогнутые стены отражают и фокусируют звук. Текстиль, ковры и мягкая мебель внутри быстро решают эту проблему.

Что такое частота купола?

Это число делений исходной грани икосаэдра. Чем выше частота, тем больше треугольников и тем более гладкой и круглой получается сфера.

Можно ли жить в сфере зимой?

Можно, если она утеплена двойным тентом и оборудована отоплением. Именно так работают круглогодичные глэмпинги.

Можно ли собрать сферу самостоятельно?

Компактную сферу несколько человек соберут по инструкции за день. Гигантов диаметром 15–30 метров ставят профессиональные монтажники.

Выдержит ли сфера сильный ветер?

Выдержит, если каркас рассчитан на ветровую нагрузку района и правильно закреплён. Предельная скорость ветра указана в паспорте изделия.

При чём тут Фуллер и химия?

Молекулу углерода C60, похожую на геодезический купол, назвали бакминстерфуллереном в его честь. Целый класс таких молекул теперь называют фуллеренами.

Почему футбольный мяч похож на купол?

Мяч из пятиугольников и шестиугольников повторяет усечённый икосаэдр — ту же геометрию, на которой основаны многие геодезические сферы.

Почему сферы так популярны в глэмпингах?

Сфера быстро собирается без тяжёлого фундамента, хорошо держит ветер и снег, а прозрачный сегмент открывает вид на небо прямо из кровати. К тому же необычный силуэт сам по себе привлекает гостей.

Зачем куполам прозрачные треугольники?

Они дают вид на небо и природу и пропускают свет. Но чем их больше, тем сильнее купол нагревается на солнце, поэтому их число и расположение продумывают заранее.