Для обсуждения и решения связанных с ним проблем на протяжении всего строительства приглашались специалисты из многих стран: из Парижа приехал Николас де Бонавентура, мастера Джованни отправили в Германию для получения советов от мастера-каменщика, участвовавшего в строительстве Кёльнского собора, из германского города Узьма прибыл Упьрих фон Энсинген, из Парижа — Жан Миньо.
В конце XIV в. положение осложнилось, и на строительство на помощь Миньо был вызван ряд специалистов. Дискуссия по вопросам возведения собора была зафиксирована и опубликована в Милане в 1877 г. Очевидно, что главную роль в возведении столь сложных зданий играло не проектирование, а непосредственный обмен опытом.
Средневековые мастера скрывали секреты своего знания от конкурентов, что отличало их от строителей Античности, Возрождения и тем более нашего времени. Удачными результатами они часто были обязаны не серьезным теоретическим познаниям, а опыту и собственной интуиции.
Так, в споре о том, каким должен быть фасад Миланского собора, выиграли те, кто предложил вписать его в треугольник, а не в квадрат. В первом случае наклонные линии под углом в 53° 7′, близком к треугольнику Пифагора с углом в 60°, следовали направлению распора и были полезными при проектировании контрфорсов.
Тот факт, что процесс проектирования предварял реальное строительство, подтверждается многими дошедшими до нас чертежами той эпохи. Сохранились чертежи фасадов Страсбургского собора, соборов в Кёльне, Сиене и Вене, а также некоторых деталей зданий, таких как шпили.
Однако это немногочисленные свидетельства проектных работ, поскольку чертежи выполнялись на пергаменте, который был дорог: при завершении строительных работ пергаменты смывались. Есть сведения о моделях, которые возводились из дерева и иногда достигали размера в человеческий рост. Однако одна из моделей для храма Сан-Петронио в Болонье была сделана из кирпича и достигала длины 18,9 м. Модель сгорела в 1423 г.
Последний и главный вопрос остается неразрешенным: каким образом определялись размеры конструктивных элементов? Естественно предположить, что мастера должны были выработать определенные правила соотношения этих размеров при достаточно частых разрушениях соборов. Но об этом ничего не известно.
Остались единственные сведения о правилах возведения ребер, приписываемые испанскому архитектору Родриго Хильде Онтаньону (умер в 1577 г.), которые устанавливают соотношение размеров ребер в сечении в зависимости от пролета и соотношение расстояния между столбами к глубине ребер как 1: 20—30 частям.
По-видимому, такие правила все-таки существовали, но их относили к мастерству строителей, а не к теоретическим основам строительства. Исследования подтверждают, что при проектировании пользовались геометрическими построениями с помощью чертежных инструментов.
Определенную сложность в процесс разбивки на строительной площадке здания будущего собора в Средние века вносило отсутствие единой метрической системы. В каждом городе был свой фут или ярд, с которым приходилось соотносить собственные мерительные трости.
Наличие циркуля как чертежного инструмента помогало делить или умножать линейный отрезок. Каменщики уверенно устанавливали вертикаль с помощью отвеса и горизонталь с помощью правила под прямым углом к отвесу. Разбивка выполнялась на оштукатуренном полу, который носил название «тразура».
Сведения о стоимости этих полов сохранились в финансовых ведомостях. По разбивочным линиям на тразуре создавались лекала и шаблоны. На каменные блоки наносилась маркировка, позволявшая устанавливать их в определенное место, а на замковом камне, как на чертежной доске, наносился план пересечения всех ребер свода.
Если размеры каменных блоков уступали размерам строительных камней Античности и тем более Древнего Египта и вследствие высоты готических соборов для подъема камней невозможно было создавать земляные пандусы (поэтому использовались гораздо более простые подъемные механизмы, чем полиспасты, описанные ещё Героном Александрийским и Витрувием), то в целом конструкции готических соборов отличались значительно большей сложностью, чем все, что строилось ранее.
Раствор по своим качествам так же, как и бетон, из которого возводились контрфорсы, уступал римским аналогам. Дерево было в изобилии. Но представить себе, что все пространство собора было заполнено лесами, как иногда делается в современном строительстве, довольно трудно. По поводу методов возведения сводов в Средние века споры идут по сей день.
Однако можно выделить несколько наиболее логичных выводов. Дж. Фитчен (Оксфордский университет), исследовавший данные вопросы, предположил, что сначала возводилась деревянная крыша и только после нее — свод. Крыша защищала кладку, на которую порой уходили годы, от дождя и ветра.
С другой стороны, крыша становилась каркасом с целью подъема каменных блоков для монтажа свода. К этому каркасу крепились подъемные механизмы. В деревянных крышах соборов в Дареме, Питерборо и Норвиче сохранились подъемные лебедки, что подтверждает правоту исследователя. Фитчен попытался создать реконструкцию участка крыши с подъемными механизмами.
Он предложил два способа возведения самих сводов. Согласно первому два каменщика ведут кладку спина к спине и замыкают ее в шелыге 1 свода. Опалубка ставится только в швах кладки и поддерживает нервюрные ребра. При использовании второго способа (рис 5.5, б) кладка удерживается в проектном положении с помощью грузов на веревках, опушенных с каркаса крыши.
В основе готической архитектуры лежат три принципа: стрельчатая арка, крестовый свод и аркада. Все эти элементы не были изобретены в эпоху готики. Стрельчатая арка пришла с Востока, а в Европе впервые была применена в соборе в Отёне в 1120 г. и затем в Сен-Дени в Париже в 1140 г.
Своим появлением в Европе арка обязана крестовым походам на Ближний Восток. Крестовый свод известен еще со времен античного Рима. На его основе была построена базилика Максенция, тепидарий в термах Диаклетиана и др. Аркада в Европе известна еще со времен строительства дворца Диоклетиана в Сплите.
Однако при использовании привнесенных компонентов готика создала замечательные сооружения на основе распорных конструкций и их нового использования в здании, в котором конструкция стала руководящим принципом архитектурной трактовки сооружения.
Одной из основных проблем при строительстве готических соборов было восприятие горизонтальных усилий. Стрельчатая арка в этом смысле обладает значительными преимуществами перед полуциркульной.
В стрельчатой арке соотношение ее подъема и пролета может варьироваться. При увеличении подъема арки уменьшаются горизонтальные усилия распора. Известно, что чем ближе форма арки или оболочки к кривизне «обратной цепной линии», тем меньше отношение между толщиной и пролетом.
Средневековые зодчие не имели таких знаний. Они строили арки с помощью циркуля из нескольких сопрягаемых кривых. Чем ближе они подходили к требуемой кривизне, тем соотношение между толщиной и пролетом удавалось максимально уменьшить, но достигалось это исключительно эмпирическим путем.
Пролеты крестовых сводов готических соборов значительно уступают своим предшественникам. Обычно они не превышают 14—16 м, в то время как в базилике Максенция пролет сводов составлял 25 м, в Пантеоне — 43 м. Однако высота готических соборов при сравнительно тонких конструкциях представляется весьма внушительной, хотя и не рекордной.
Самые высокие соборы были сооружены в Северной Франции: собор в Амьене имеет высоту 43 м (1288) (во., рис. ! 14), в г. Бове — 48 м (1347), В Англии самый высокий свод имеет собор Вестминстерского аббатства (31 м), построенный в 1260 г. (во,, рис. 115). Все они не могут сравниться с высотой храма св. Софии в Константинополе, высота свода которого в чистоте внутри собора составляет 54 м.
Высотой своих шпилей им также не удалось превзойти многие сооружения. Самый высокий собор в Англии — Солсберийский собор (1258) имеет высоту шпиля 123 м, а Страсбургский собор (1439) — 142 м (при том, что высота пирамиды Хеопса 147 м, а крест собора св. Петра в Риме поднят над землей на 138 м). Тем не менее готические соборы производят впечатление исключительно высоких сооружений.
Если собор св. Петра выглядит огромным, то готический Шартрский собор — высоким. Величие готических соборов заключается в их архитектурно-конструктивном решении и изысканной художественной деталировке.
В то время как египетские пирамиды строились несокрушимыми, римские здания имели огромный запас прочности, готические соборы, имеющие в основе сравнительно легкие конструкции, могли падать и действительно падали. Это обусловливалось недостатком знаний строителей при их стремлении создать новые конструкции с облегченными параметрами.
Если рассмотреть возникающие в готическом сооружении распорные усилия и меры по их восприятию, то можно отметить следующее. Готический собор имеет скатную крышу, под которой устроен непосредственно каменный свод. Крыша подвержена ветровому давлению, причем чем выше крыша, тем давление больше.
Крыша и свод создают горизонтальный распор. Оба вида распорных усилий воспринимаются разными конструкциями: от крыши — верхним аркбутаном, а от свода — нижним. Эти усилия через аркбутаны передаются на мощный контрфорс, а тот передает их на грунт.
Такая конструкция возникла в результате эволюции романского собора, где распор от свода главного нефа передавался на стены, усиленные контрфорсами. Во времена готики центральный неф стал выше, стены, заполненные оконными проемами, — тоньше. Они уже не могли воспринять распор от массы покрытия. Для восприятия этих усилий контрфорсы делались мощней, а усилия от крыши приходилось воспринимать дополнительной конструкцией, которой стал верхний аркбутан, а от свода — нижний.
Важным элементом готической конструкции были ребра-нервюры на пересечении двух цилиндрических сводов, образующих систему крестового свода. На пересечении нервюр в шелыге свода устанавливался замковый камень с орнаментальным украшением. В начале строительных работ возводились нервюры по кружалам на опорах. Они служили каркасом для возведения непосредственно свода. Но как только работы заканчивались, все элементы конструкции начинали работать совместно, усиливая друг друга.
