圓頂

梵蒂岡聖彼得大教堂個圓頂

圓頂，又叫圓屋頂，屋頂一種，屋頂圓，好似個波嘅上半截，空心嘅，西洋好多教堂，或者官府都會見到。

定義

喺古代世界，而家叫做拱頂嘅弓形屋頂結構有唔同嘅名稱，反映咗各種形狀、傳統同埋象徵意義。 呢啲形狀源自史前用各種唔耐用嘅柔軟材料建造嘅庇護所傳統，之後先用更耐用嘅材料做成拱頂。 而家同拱頂聯繫埋一齊嘅半球形狀源自希臘幾何學同羅馬標準化，但其他形狀仍然存在，包括一啲早期伊斯蘭清真寺繼承嘅尖形同膨脹形傳統。

現代學術研究受到唔一致定義嘅困擾，例如迴廊拱頂同圓頂拱頂嘅定義。 字典對「拱頂」一詞嘅定義通常好籠統，唔精確。 一般嚟講，佢「唔係特定嘅，係一個籠統嘅詞彙，用嚟描述一個半球形或類似嘅跨越元素。」 已發表嘅定義包括：單純嘅半球形屋頂； 旋轉嘅拱門； 以及僅在圓形基座上嘅拱頂， 圓形或多邊形基座， 圓形、橢圓形或多邊形基座， 或者未定義嘅區域。 指定垂直切面嘅定義包括：半圓形、尖形或膨脹形； 半圓形、弓形或尖形； 半圓形、弓形、尖形或膨脹形； 半圓形、弓形、橢圓形或膨脹形； 以及高輪廓、半球形或扁平形。

一般「真」拱門（左）同疊澀拱（右）嘅比較

有時被稱為「假」拱頂嘅疊澀拱，係通過將每層石塊向內延伸，比下一層更加靠內，直到喺頂部相遇。 「假」拱頂亦可以指木製拱頂。 意大利使用嘅詞語「finto」，意思係「假嘅」，可以追溯到17世紀，用蘆葦蓆同石膏砂漿做成嘅拱頂。 「真」拱頂據說係結構處於壓縮狀態嘅拱頂，組成元素係楔形拱心石，其接縫對齊中心點。呢一點嘅有效性唔明確，因為用疊澀石層喺地下建造嘅拱頂，亦受到周圍土壤嘅壓縮。

「拱肩」嘅精確定義亦引起學術爭議，例如喺定義中係咪容許疊澀，以及帆拱嘅下部分應唔應該被視為拱肩。 帶拱肩嘅拱頂可以分為兩種：「簡單」同「複合」。 喺「簡單拱頂」嘅情況下，拱肩係同拱頂本身屬於同一個球體嘅一部分；不過，呢種拱頂好罕見。 喺更常見嘅「複合拱頂」嘅情況下，拱肩係拱頂本身以下嘅一個更大球體表面嘅一部分，並為拱頂或鼓部分形成圓形基座。

工程學同建築學領域缺乏對拱頂嘅共同語言，工程學側重於結構行為，而建築學則側重於形式同象徵意義。 此外，20世紀嘅新材料同結構系統容許建造大型拱頂形結構，呢啲結構同傳統磚石拱頂嘅壓縮結構行為有所不同。「拱頂」一詞嘅普遍用法已經擴展到意味住「幾乎任何長跨度嘅屋頂系統」。

元素

「聖母升天教堂圓頂」 喺卡卡伊先特

「圓頂」 呢個字係「圓頂」嘅另一個講法，通常用嚟形容喺屋頂或者塔樓上面嘅細圓頂。 「cupola」亦用嚟形容圓頂內側。 圓頂嘅頂部稱為「皇冠」，內側叫做「內拱」，而外側則稱為「外拱」。 同拱門一樣，圓頂嘅「起拱點」係圓頂開始上升嘅基層，而「懸部」則係介乎基層同頂部之間嘅部分。 圓頂可以由一個橢圓形或者圓形嘅牆體支撐，呢個牆體稱為「鼓墩」。如果呢個結構一直延伸到地面，呢座圓形建築就可能被稱為「圓廳」。 鼓墩亦被稱為「鼓墩」，而且可能有窗或者冇窗。喺圓頂嘅中央圓孔上面，相當嘅結構叫做「鼓身」或者「天窗」，用以支撐圓頂。 當圓頂嘅底部同下面嘅支撐牆嘅平面唔一致（例如，圓頂嘅圓形底座置喺正方形嘅隔間上面），就會採用技術去銜接兩者。 其中一種技法係使用托拱，由支撐牆頂部逐層水平突出延伸到圓頂嘅底部，例如塞爾柱同奧斯曼建築中常見嘅托拱三角形。 最簡單嘅方法係喺牆角用對角嘅橫樑去形成一個八邊形嘅底基；另一種方法係用拱門跨越牆角，可以承受更多重量。 呢啲技法中有好多會用到所謂嘅「轉角托拱」。 一個轉角托拱可以係一個單一嘅拱門，或者係一組重疊、斜置喺內角嘅拱門。 轉角托拱嘅形式亦包括喇叭形拱門、壁龕拱頂（或者半圓頂）、 配有「前置」拱門嘅喇叭形拱門，同埋穆卡納斯拱門。 轉角托拱可以將圓頂嘅重量由角落產生嘅空隙轉移到牆身上。 懸拱板係球面嘅三角形部分，好似拱門之間凹陷嘅拱肩，由正方形隔間嘅角落過渡到圓頂嘅圓形底部。懸拱板嘅曲率就係一個直徑等於正方形隔間對角線嘅球面。 懸拱板將圓頂嘅重量集中喺隔間嘅角落。

材料

中東最早嘅圓頂係用泥磚建成，之後逐漸改用燒製磚同石頭。木造圓頂因為材質較輕同有彈性，可以達到較大跨度，係7世紀時圓頂教堂嘅常用建法，儘管大部分圓頂都係用其他較硬嘅材料建成。木造圓頂會用銅或者鉛板做屋頂，以防天氣侵蝕。 切割石材所建嘅圓頂較為昂貴，亦唔會建得太大，而喺冇磚嘅地方，大跨度通常會用木材。 羅馬混凝土係用石塊同強力砂漿混合而成，隨住年代推移，呢啲集料逐漸轉為燒製粘土塊，再轉為羅馬磚。到咗六世紀，大量砂漿同磚就成為主要嘅拱頂材料。波佐拉納 似乎只喺意大利中部使用。 由於方便同可靠，磚造圓頂喺大空間嘅紀念性建築上一直係首選，直至工業時代。 拉結同鐵或木製鏈條可以用嚟抵抗結構應力。 喺中東同中亞，用泥磚同燒製磚砌成嘅圓頂同鼓墩，有時會喺外層覆蓋易碎嘅陶瓷磚，以防雨雪。 19世紀嘅新建材同20世紀對建築內力學嘅深入了解，開辟咗新嘅可能性。鐵同鋼樑、鋼纜同預應力混凝土消除了對外部拱托嘅需要，亦令圓頂可以做得更薄。早期嘅砌體圓頂嘅半徑同厚度比可能係50，而現代圓頂呢個比例可以超過800。呢啲圓頂因為更輕，不單只可以達到更大跨度，亦促成咗現代體育場上大型可移動圓頂嘅創造。 1983年，作為可持續建築研究嘅一部分，喺卡塞爾大學進行咗實驗性嘅夯土圓頂製作。

形狀同內部受力

砌體圓頂會產生向下同向外嘅推力。可以將其視為兩種互相垂直嘅力：子午力（好似地球儀上嘅子午線，即經線）只係壓縮力，並且喺底部增強；而箍力（好似地球儀上嘅緯線）喺頂部係壓縮力，而喺底部則係拉力，喺半球形圓頂中，呢個轉變大約喺離頂部51.8度嘅角度出現。 圓頂產生嘅推力係與其材料重量成正比。 接地嘅半球形圓頂喺其懸部產生顯著嘅水平推力。 半球形砌體圓頂下部嘅向外推力，可以透過沿周邊安裝鏈條或者外部拱托來抵消，但沿子午線出現裂縫係自然現象。 對於水平推力較少嘅細型或高型圓頂，支撐拱門或牆嘅厚度已足以抵抗變形，所以鼓墩通常比所支撐嘅圓頂更厚。 與需要每塊頂石就位先得以支撐嘅楣石拱門不同，圓頂喺施工期間就已穩定，因為每一層都係一個完整且自我支撐嘅圓環。 砌體圓頂嘅上部永遠處於壓縮狀態，並且受到側向支撐，所以除非整體崩塌，否則即使上部略有偏差亦能保持穩定。 因為楣石圓頂有側向支撐，所以可以比相同跨度嘅拱門做得更薄。例如，半球形圓頂可以比半圓形拱門薄2.5倍，而採用等邊拱輪廓嘅圓頂甚至可以更薄。 等厚度嘅砌體圓頂嘅最佳形狀可確保完美嘅壓縮，完全冇任何會令砌體薄弱嘅拉力或彎曲力。 對於特定材料，最佳圓頂幾何形狀被稱為「懸鏈面」，係三維空間中類似於二維拱門嘅拱鏈曲線嘅形狀。 喺尖頂圓頂嘅頂部加上重量，例如佛羅倫斯大教堂頂部嗰個沉重嘅圓頂，會令最佳形狀變得更貼近圓頂實際嘅尖頂輪廓。好多哥德式圓頂嘅尖狀輪廓，比起半球形圓頂更接近最佳圓頂形狀，而後者曾受到羅馬同拜占庭建築師青睞，因為圓形被視為最完美嘅形式。

象徵意義

内文：圓頂嘅象徵意義

根據E. Baldwin Smith嘅講法，由石器時代晚期開始，圓頂形墳墓已經被用作模仿祖先神明賜予嘅居所，將呢種建築永久化成為安放先人嘅神聖之地。呢種本能慾望令圓頂喪葬傳統喺古代世界廣泛流傳，由印度嘅佛塔到伊比利亞半島嘅圓頂墓穴都係例子。到咗希臘化時期同羅馬時代，圓頂墓室已經成為喪葬文化嘅標誌性符號。

喺古波斯同希羅文明中，圓頂同帳篷天幕都被聯想到天國。方形基座上嘅圓頂體現咗幾何象徵——圓形代表完美、永恆同天界，方形象徵大地，八角形則介乎兩者之間。 源自阿契美尼德帝國同印度君主覲見帳篷嘅「天幕」概念，被羅馬統治者模仿亞歷山大大帝而採納，演變成皇室嘅華蓋儀仗。呢種風氣可能始於尼祿，佢嘅「黃金屋」亦令圓頂成為宮殿建築特色。

早期基督徒將圓頂嘅「陵墓」同「天國」雙重象徵融入建築，例如用祭壇華蓋（一種似華蓋嘅圓頂罩篷）覆蓋聖物或祭壇。不過到咗基督教時期，圓頂嘅天堂象徵意義已經成為主流。 伊斯蘭早期，圓頂同皇室密切相關。例如清真寺米哈拉布前起圓頂，最初係為咗突出君主喺典禮中嘅位置。後來呢類圓頂逐漸變成裝飾焦點或禮拜方向標誌。陵墓用圓頂既可反映皇家贊助，亦代表圓頂象徵嘅尊榮地位，多過特定喪葬含義。 中世紀伊斯蘭各式各樣嘅圓頂造型，反映咗朝代、宗教同社會差異，同實際建築考量一樣重要。

聲學效果

由於圓頂底部呈凹面，能夠反射聲音產生迴音。 圓頂基座可能設有「迴音廊」，喺特定位置可以將聲音清晰傳到遠處嘅另一角落。 拜占庭教堂後殿上方嘅半圓頂有助擴散教士嘅聖詠。 雖然呢種設計可以襯托音樂，但會搞到講道聲聽唔清，所以1535年Francesco Giorgi建議教堂唱詩班區域用拱頂天花，而講道嘅地方就用平頂天花加大量藻井裝飾。

為咗抵消迴音干擾，工匠會喺圓頂內壁嵌入陶罐狀空腔，等聲音向四周散射，消除回響之餘仲營造到「神聖崇拜氛圍」。維特魯威嘅《建築十書》就提過用青銅同陶製共鳴器呢招。 呢啲空腔共振器嘅物料、形狀、內容物同埋擺位，會影響聲效——可以增強特定頻率或者吸走啲聲。