Kuppel

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Als Kuppel (von lateinisch cupula "kleine Tonne") oder Dom bezeichnet man in der Architektur Gewölbe mit einem zentralen Scheitelpunkt, die von wenigen bis hunderten Meter Spannweite seit 5.000 Jahren eines der ausgefeiltesten Strukturelemente der Baukunst stellen.
Sie erheben sich über einem kreisförmigen oder eckigen Grundriss.
Die sphärisch geformten Raumabdeckungen werden durch Drehung eines Halbkreises, Ellipsen-, Parabel- oder Spitzbogens um eine Vertikalachse konstruiert.
Allgemein handelt es sich um die halbkugel- oder glockenförmigen oberen Teile eines Raumes.
In der sakralen Baukunst leitet eine zylinderförmige, fensterdurchbrochene Tambour-Mauer zum Pendentif, den meistens aus vier bis acht Segmenten bestehenden Überleitungsmauern zum Gebäudegrundriss.
Der ganze Umfang ihres Grundrisses dient als Widerlager.
Systeme aus Halbbögen und Halbkuppeln leiten die Kräfte der bei nachmittelalterlichen Kuppeln bis über 65.000 Tonnen betragenden Gewichte nach unten.
Seit der Renaissance war es die Einführung von Doppelschalen und seit dem Barock auch die Nutzung von Eisen oder Blei, die das Jahrhundertelang Maßstäbe setzende Bauwerk der Hagia Sophia mit ursprünglich 33 m messenden Durchmesser nachzuahmen oder zu übertreffen half.
Solche großen Kuppeln erforderten besondere Kenntnisse in Geometrie und Bauingenieurkunst, worin in der Antike die Schrift des Herons von Alexandria (Über Gewölbe) die theoretische Grundlage lieferte und, durch Anthemios von Tralleis und Isidor von Milet schöpferisch umgesetzt, eine klassischen Lösung für ein völlig neues Paradigma christlicher Baukunst anbot.
Im Wetteifer mit antiken Vorbildern stand der Kuppelbau der Renaissance, in der Leon Batista Alberti maßgebender Theoretiker sowie Filippo Brunelleschi, Bramante und Michelangelo schöpferische Umsetzer der Kuppeln im Dom von Florenz und Petersdom und somit Vorbilder im Barock wurden.
Eine weitere Paraphrasierung der Renaissance-Kuppel ist Christopher Wrens Kuppel der St Paul's Cathedral, die wiederum als direkte neoklassizistische Übernahme in der Kuppel des Kapitols in Washington und auch in vielen weiteren Staaten als architektonischer Ausdruck politischer Repräsentation genommen wurde.
In Deutschland und Österreich bildete nach dem Barock insbesondere der Historismus eine Zeit, in der repräsentative Bauwerke wie die Wiener Karlskirche, der Berliner Dom oder das Reichstagsgebäude als kuppelbekrönte Bauwerke dominante Motive in der visuellen Präsentation einer Stadt geworden sind.
Kuppeln können aus unterschiedlichste Materialien gebaut sein, namentlich Stein, Ziegel, Beton, Holz, und unterschiedlichen Metallen.
Die eigentliche Kuppel ist die aus keilförmigen Steinen zusammengesetzte Decke, die den teilweise oder ganz von Mauern umschlossenen Raum frei überspannt.
Kontinuierlich gekrümmte Kuppeln werden ingenieurmäßig zu den doppelt gekrümmten Schalen gezählt, segmentierte Kuppeln ("Schirmkuppeln") zu den Faltwerken.
Historische Vorläufer von Pendentifkuppeln sind Kragkuppeln.
== Bauformen
Neben dem Querschnitt bestimmt auch das Verhältnis zwischen (gedachtem) Kuppelgrundriss, dem "Fußkreis", und Raumgrundriss die Form einer Kuppel.
Kuppeln über einem rechteckigen Raum müssen entweder beschnitten oder ergänzt werden.
Die Statik dieser Bauformen ist mit der von Kreuzgewölben vergleichbar, allerdings komplexer, da der Seitendruck nicht allein auf die Ecken wirkt.
== Belichtung
Die Belichtung der Kuppel selbst oder des darunter befindlichen Raumes erfolgte entweder durch das Opaion ("Auge"), eine Öffnung im Scheitelpunkt, die seit dem Mittelalter oft von einer durchfensterten Laterne überdeckt wird, oder durch Öffnungen im unteren Bereich der Schale (z. B. Hagia Sophia).
Später wurde oft ein durchfensterter Tambour zwischengeschaltet, wodurch die Kuppel zu schweben scheint.
== Geschichte
=== Kragkuppeln
Vorformen der echten Kuppeln sind die seit dem 7. Jahrtausend v. Chr. im Vorderen Orient und im Mittelmeerraum entstandenen Tholosbauten (z. B. der jungsteinzeitliche Tholos von El Romeral bei Antequera (Andalusien), das um 1250 v. Chr. entstandene sogenannte Schatzhaus des Atreus in Mykene (Peloponnes) oder die sardischen Nuraghen, allen voran der Nuraghe Arrubiu).
Zu erwähnen sind auch die zahlreichen kleinen Kraggewölbebauten aus Trockenmauerwerk, deren Ursprünge und historische Entwicklung noch weitgehend unklar sind.
Sämtliche Tholosbauten haben einen runden Grundriss, so dass es beim Übergang vom Raum zur Kuppel keinerlei Anpassungsprobleme gab.
Auch spätere Kragkuppeln über quadratischen oder oktogonalen Räumen ruhen niemals auf Trompen oder Pendentifs - der Übergang vom Raumgeviert zum Kuppelrund wird durch eine permanente Verdopplung der Unterkonstruktion bis hin zum 16- oder gar 32-Eck erreicht.
In der hinduistischen Architektur des Mittelalters (ca. 900 bis 1450) erlebten Kragkuppeln eine besondere Blütezeit.
Insbesondere die Vorhallen (mandapas) hinduistischer und jainistischer Tempel wurden bis zu einer maximalen Weite von etwa 8 m von ihnen überspannt; hängende Schlusssteine (Abhänglinge) spielten dabei eine große Rolle.
Selbst in der Frühzeit des Islam in Indien wurden noch Kragkuppeln gebaut; erst mit der Ankunft der Moguln (um 1526/7) änderte sich die Situation und es wurden nur noch "echte Kuppeln" konstruiert.
Bei einigen Tempelneubauten des 20. Jahrhunderts kommen allerdings wieder Kragtechniken zu Einsatz.
Eine falsche monolithische Kuppel hat das um das Jahr 520/30 entstandene Mausoleum des Theoderich in Ravenna.
=== Echte Kuppeln
==== Antike
Die ältesten echten Kuppeln mit Keilsteinen stammen aus der Zeit der Etrusker, Höhepunkte erreichte der Kuppelbau in der römischen Antike mit der Rotunde im Pantheon in Rom (siehe Liste römischer Kuppeln).
Auch die Rundsäle römischer Kaiserthermen waren regelmäßig mit Kuppeln gewölbt.
Über die architektonische Idee der unter Kaiser Justinian I. im byzantinischen Reich in Konstantinopel errichteten Zentralkirche des oströmischen Reiches der Hagia Sophia, eine freistehende Pendentifkuppel auf vier Jochen über quadratischen Zentralraum zu stellen, bekam die sakrale christliche Architektur ihr wegweisendes Vorbild.
Die freistehende Kuppel der Hagia Sophia blieb nicht nur für die nächsten 900 Jahre die größte der Welt, ihre komplexe Geometrie, die sich nur im Grundriss, jedoch nicht aus der Betrachtung der einzelnen Bauglieder erschließt, erlaubte jedoch keine Wiederholung und blieb auch ohne Nachahmung.
Die Kräfte der 33 m spannenden Kuppel wurden zwar ähnlich wie bei den in der Renaissance gebauten Kuppeln im Dom von Florenz und im Petersdom durch massige Pfeiler und Halbkuppeln abgefangen, jedoch wird in der Hagia Sophia diese massive Tektonik zur Stützung der riesigen Kuppel mittels "Vexierspiels zwischen der klaren Geometrie ihrer baulichen Struktur und deren gleichzeitiger visueller Entmaterialisierung durch ein flächiges Dekorationssystem" versteckt.
Die Kuppel der Hagia Sophia bildet das Zentrum eines gestreckten Hauptraums als Verschmelzung von Zentral- und Longitudinalraum.
Sie hat somit nur im Westen und Osten Halbkuppeln, unter denen exzentrisch stehende Apsiden angeordnet sind.
Im Süden und Norden wird die Kuppelmasse durch im Innenraum nicht in Erscheinung tretende Strebebögen nach außen abgeleitet, was bei den flankierenden zweistöckigen Seitenschiffen mit zwischen den Pfeilern eingestellten großen Säulen eine besondere Tiefe erforderte und dem Gesamtbau die kompakte Erscheinung eines symmetrisch konzipierten Zentralbaus verleiht.
Auch im Inneren negiert die farbige Marmorverkleidung jegliche tektonischen Zusammenhänge, da es nur Horizontalstreifen, aber keine vertikalen Linien gibt.
Die Hagia Sophia war so aus den Verschneidungen geometrischer Figuren und Konglomeraten aus einfachen Tonnen-, Kreuzgratgewölben mit eingeschnittenen Halbkugelschalen mit Hilfe zweidimensionaler Projektion kaum darstellbar.
Der geometrischen Komplexität und der daraus resultierenden verwirrenden Raumwirkung ist es geschuldet, dass ihr Raumkonzept der Verschmelzung von Zentralraum und Basilika und die dafür notwendigen Geometrien der Kuppelkonstruktion in historischer Zeit nicht wiederholt werden konnten.
Insbesondere auch, weil keine textliche Beschreibung zum Baukonzept überliefert wurde und jegliche Erklärungen somit rein aus dem Kontext des Gebäudes als einziger originären Quelle verfügbar waren.
Das rein numerisch orientierte Vermessungswesen der Antike (geodaisia), dem ein umfassendes, von der griechischen Mathematik (logistike) entwickeltes System rationaler Zahlen zur Verfügung stand, bildete die Grundvoraussetzung zum Bau dieser Kuppel und stand späteren Generationen von Architekten nicht mehr zur Verfügung.
==== Mittelalter
Die Kuppel bildete einen wesentlichen Grundtypus der frühchristlichen Kunst auch nördlich der Alpen, wo sie erstmals in der Krönungskirche der Deutschen Kaiser im Aachener Dom unter Karl dem Großen verwirklicht wurde.
Seit dem Mittelalter erhielten nahezu alle Kuppeln eine Mittenüberhöhung in Form einer Laterne oder eines ,Kugelstabes' (jamur).
In der Byzantinischen Architektur bildete das eingeschriebene Kreuz mit Kuppel über dem Naos den vorherrschenden Bautyp, der in den orthodoxen Ländern Europas stilbildend blieb.
Aus dem Vorbild der Palastkirche Konstantinopels, Nea Ekklesia, leiteten sich die seit dem zehnten Jahrhundert gebauten byzantinischen Fünfkuppelkirchen als Vierstützenbau mit Tonnenkreuz, welches die Kuppel trägt und vier Säulen bzw. Pfeilern ab.
Über direkte Bauvorbilder Konstantinopels und Thessalonikis verbreitete sie sich auch in den Ländern des Balkans und Russlands.
Insbesondere wurde in der Bischofskirche im Kloster Gracanica eine stärkere vertikale Akzentuierung durch elongierte Tamboure erreicht.
Der mittelalterliche Kirchenbau im katholischen Europa bevorzugte den (kreuz- oder tonnengewölbten) Longitudinal- vor dem Zentralbau und gab der Kuppelarchitektur - abgesehen von einigen wenigen Bauten im Südwesten Frankreichs (Kathedrale von Perigueux, Abteikirche von Souillac u. a.) - nur über der Vierung gewisse Entfaltungsmöglichkeiten.
Der kuppelgewölbte Zentralbau hielt sich aber beim Bautypus des Baptisteriums, bei den Nachbildungen der Grabeskirche in Jerusalem und bei Sonderfällen wie der Pfalzkapelle in Aachen und ihren Nachfolgebauten.
Bedeutende Kuppelbauten des Mittelalters sind die Baptisterien von Parma (1196-1270), Cremona (ab 1176) und Florenz (11./12. Jahrhundert, größter Kuppelbau des Mittelalters, Durchmesser 25,60 m), allesamt über polygonalem Grundriss.
Das Baptisterium von Pisa (ab 1152) wurde mit einem Kegelgewölbe (ursprünglich mit offener Spitze) gedeckt, einer Sonderform.
Die byzantinischen Kreuzkuppelkirchen setzten die Tradition der Kuppelwölbung fort, was sich in San Marco in Venedig spiegelt, von wo offenbar Anregungen für die kuppelgewölbten Kirchen des Perigord (Perigueux, Angouleme etc.) ausgingen.
Brunelleschis Kuppel des Doms von Florenz (1420-36, Durchmesser 45,52 m) markiert einen technischen Durchbruch und eine neue Dimension der Wölbkunst.
Sie ist als doppelschalige Ziegelkuppel nach dem Vorbild des timuridischen Gur-Emir-Mausoleums (um 1405) in Samarqand ausgeführt, ohne jedoch dessen Bauchung zu übernehmen.
Mit dem neuen Stil der Renaissance wird der Zentralbau und die monumentale Vierungskuppel mit Tambour zum neuen Ideal.
Michelangelos Petersdom in Rom wirkt bis weit in das Barock hinein als Vorbild.
Oft liegt nun die nach außen sichtbare Kuppel deutlich höher als die Innenraumkuppel.
Besonders im 18. und 19. Jahrhundert erhielten auch Profanbauten, vor allem Regierungsgebäude Kuppeln, wie der Reichstag in Berlin oder das Kapitol in Washington.
In der islamischen Baukunst wurde die Hagia Sophia zum Prototyp der osmanischen Moschee und der Kuppelbau erreichte eine große Formenvielfalt:
Das Spektrum reicht von kleinen Rippenkuppeln (Mezquita-Catedral de Cordoba; El Cristo de la Luz, Toledo) über Kuppeln in byzantinischer Tradition (Felsendom, Jerusalem) bis hin zu den zweischaligen Kuppeln der Mogul-Architektur Indiens (Humayun-Mausoleum, Delhi oder Taj Mahal, Agra).
Eine reizvolle Besonderheit stellen die maßwerkartig durchbrochenen Kuppeln dreier merinidischer Moscheen dar, die das Joch vor der Mihrab-Nische in den Moscheebauten von Tlemcen, Taza und Fes-el-Jedid überspannen - leider existieren nur ältere Fotos.
Vielleicht kannte Johannes von Köln, der Baumeister des Cimborio über der Vierung der Kathedrale von Burgos die marokkanischen Vorbilder und schuf im 15. Jahrhundert ein kleines Meisterwerk, das jedoch nach seinem Einsturz um das Jahr 1550 erneuert werden musste.
== Bedeutende echte Kuppelbauten
In der Reihenfolge ihrer Errichtung:
Durch die Verwendung von Stahlbeton und Stahlgerüsten können moderne Kuppeln (Schalentragwerke) in weit kühneren Formen und mit größerer Spannweite gebaut werden als Stein- oder Ziegelkonstruktionen.
Richard Buckminster Fuller konstruierte Geodätische Kuppeln in Leichtbauweise.
== Kuppelbau
Wie nubische Gewölbe können Gewölbe zunächst ohne Lehrgerüst errichtet werden.
Je nach Art der verwendeten Steine reicht die Klebkraft des Mörtels ab einem bestimmten Punkt nicht mehr aus, um die versetzen Steine in der immer steiler verlaufenden Lagerfuge festzuhalten.
Als Abhilfe können leichtere oder flachere Steine, ein besser klebender Mörtel oder ein großer zentraler Schlussstein verwendet werden, der die verbleibende Öffnung überdeckt.
Als Hilfsmittel werden auch Klammern verwendet, die über den soeben vermauerten Stein an Ort und Stelle halten, bis der Mörtel abgebunden hat.
An einem Drahtbügel kann etwa ein Seil und ein Gewicht befestigt werden, die so über die Kante des Gewölbes gelegt werden, dass sie den Stein nach außen gegen die bereits vermauerten Steinreihen ziehen.
An der TU Wien, Institut für Tragkonstruktionen wurde eine Baumethode namens "Pneumatic Forming of Hardened Concrete (PFHC)" entwickelt, bei der die aufwendige gewölbte Einrüstung zur Formgebung einer Stahlbetonkuppel ersetzt wird.
Auf einer Ebene wird dabei eine Stahlbetonplatte mit keilförmigen Aussparungen gegossen.
Ihre Elemente werden durch Aufblasen einer pneumatischen Membran hochgewölbt und durch Anspannen eines rundum verlaufenden Zugseils durch hydraulische Pressen unter Ausbildung einer Kuppel dicht aneinandergefügt, die durch Aufbringen einer weiteren Betonlage verstärkt und versteift werden kann.
Auch monolithische Kuppeln werden häufig mithilfe von aufblasbaren Stützstrukturen hergestellt.
== Sonderformen
Überdachungen, wie die des The O (ehemals Millennium Dome) in London, die aus einer von außen mit Stahlseilen getragenen Glasfasermembran besteht, haben zwar oft Kuppelform, sind aber keine Kuppeln, da sie nicht selbsttragend sind, sondern - mit Zirkuszelten vergleichbar - von Stützen in ihrer Form gehalten werden.
Traglufthallen und Inflatables können sich kuppelförmig aufwölben, ihre zugfeste Membran wird jedoch vom Luft(über)druck des Innenraums und Zugspannungen in der Membran getragen.
Umgedrehte, hängende Kuppeln folgen der Katenoide und können als dünne Membran hergestellt werden, da nur Zugkräfte auftreten.
Beispiele sind Antennen für die Radioastronomie aus Stahlseil-Netz und Trampoline aus gewebter Kunstfaser.

Klexikon (einfache Sprache):
Eine Kuppel hat die Form einer Halbkugel oder einer Glocke.
Sie bildet das Dach eines Gebäudes, das rund oder oval ist.
Kuppeln haben keine Pfeiler oder Streben, so dass man im Innern die ganze Form sehen kann.
Kuppeln gibt es vor allem über Kirchenräumen, aber auch über Planetarien, Stadien, Markthallen und ähnlichen größeren Gebäuden.
Kuppeln wurden aus verschiedenen Materialien gebaut:
Früher aus Stein, Ziegeln oder Holz, später auch aus Beton oder aus Eisen, heute sogar aus Aluminium.
Einfache Kuppelbauten gab es schon vor 8000 Jahren.
Auf der Welt gibt es viele besonders berühmte Kuppeln: die Hagia Sophia in Istanbul, der Petersdom in Rom, die Dresdner Frauenkirche und viele andere.
Auch das Reichstagsgebäude in Berlin trägt eine neuere Kuppel aus Stahl und Glas, die man als Besucher betreten kann.
Die größte Kuppel der Welt trägt seit dem Jahr 2009 das Cowboys-Stadium in den USA.
Es dient als Stadion für American Football und hat einen Durchmesser von 275 Metern.