Mái vòm là một kiểu kiến trúc ấn tượng và độc đáo. Nó xuất hiện khá sớm và thường ở trong các công trình công cộng có quy mô lớn như nhà hát, thánh đường, cung điện hay các nhà thi đấu thể thao, sân vận động...Những công trình kiến trúc này tồn tại như thách thức thời gian, độc đáo và ấn tượng, được đánh giá là đỉnh cao của kĩ thuật kiến trúc, là niềm tự hào của các kiến trúc gia và các kĩ sư xây dựng. Siêu lớn mà vẫn vô cùng vững chắc, đó là bí mật của những công trình kiến trúc kiểu mái vòm.
Một trong số những công trình mái vòm ấn tượng có thể kể đến là tháp Sanchi (Ấn Độ). Đây là công trình mái vòm lâu đời nhất thế giới được Asoka Đại đế xây dựng khoảng thế kỷ III TCN. Hơn 2300 năm đã trôi qua, công trình vẫn gần như nguyên vẹn, được mệnh danh là viên quý của nghệ thuật kiến trúc Phật giáo Ấn Độ. Một công trình khác là đền Pantheon (Italy), được xây dựng vào năm 126 SCN. Sau gần 2 thiên niên kỷ vẫn là mái vòm bê tông kiên cố nhất trên thế giới. Đến nay, những công trình này vẫn tồn tại như thách thức thời gian và sự khắc nghiệt của thiên nhiên. Không chỉ độc đáo về hình dạng, ấn tượng về kiến trúc mà còn chứa đựng những giá trị rất lớn về mặt lịch sử, văn hóa., mĩ thuật, kiến trúc cũng như kĩ thuật xây dựng.
Tháp Sanchi (Ấn Độ) - công trình mái vòm lâu đời nhất thế giới.
Đặc điểm độc đáo và ấn tượng nhất của các công trình mái vòm là không sử dụng các cột, dầm nên có thể tạo ra những không gian rộng lớn, sang trọng và uy nghi, có sức chứa được nhiều người hơn so với các công trình thông thường có cùng diện tích. Theo các nhà kiến trúc, thiết kế dạng vòm sẽ mang đến sự thân thiện với môi trường, hiệu quả năng lượng cũng như tính thẩm mỹ và độ bền vững cao cho người sử dụng.
Theo các chuyên gia ngành kiến trúc và xây dựng, những mái vòm đầu tiên xuất hiện là từ thời cổ đại. Đó chính là những ngôi nhà được làm từ đất bùn, đá, gỗ, thậm chí là băng tuyết, trong đó có nhà tuyết hay còn gọi là lều băng igloo của người Eskimo ở khu vực Bắc Cực hiện nay vẫn còn rất phổ biến. Theo thời gian, các công trình kiểu mái vòm xuất hiện ngày càng nhiều ở nhiều nơi trên thế giới. Chúng được tìm thấy trong kiến trúc Ba Tư, Hi Lạp, La Mã, Trung Quốc... và rất phổ biến trong kiến trúc Hồi giáo.
Lều băng igloo của người Eskimo.
Có một điều thú vị là, càng về sau, các công trình mái vòm càng được xây dựng với chiều cao và diện tích bao phủ rộng lớn hơn: từ 43m của đền Patheon thời cổ đại đến hàng trăm mét ở các công trình thời trung đại, Phục Hưng. Đến nay, sân vận động Oita ở Nhật Bản với kích thước 274m là kết cấu vòm lớn nhất thế giới, kì quan đỉnh cao của kĩ thuật kiến trúc hiện đại. Sân vận động Oita thực sự là một đỉnh cao của kiến trúc hiện đại mà khó có công trình mái vòm nào có thể vượt qua.
Có thể thấy, bên cạnh sự lạ mắt, độc đáo và mang phong cách cổ điển, các công trình mái vòm có ưu điểm lớn nhất chính là kết cấu vững chắc và có sức chứa lớn. Theo các chuyên gia, để xây dựng các công trình truyền thống có sức chứa lớn như cung điện, giáo đường hay các công trình công cộng khác thường phải có hệ dầm, cột, trụ đỡ. Tuy nhiên, với kiến trúc mái vòm không có bất kì bệ đỡ nào thì để có được những không gian lớn, các kiến trúc sư, kĩ sư xây dựng phải giải quyết được các thách thức về trọng lực và sức bền vật liệu.
Khi xây dựng mái vòm cho đền Patheon - một công trình đỉnh cao kiến trúc, được coi là biểu tượng văn minh Hi Lạp cổ đại, các kiến trúc sư thời đó đã tính toán để có thể bao phủ được không gian có đường kính mái hơn 43m mà không cần bất kì trụ hay giá đỡ nào, mái vòm bằng bê tông của công trình phải có trọng lượng lên đến 20.000 tấn. Với trọng lượng khổng lồ như vậy sẽ rất dễ khiến cho phần chân đế bị ép vỡ, làm cho cả mái vòm sụp xuống. Để giải quyết vấn đề này, theo kĩ sư kết cấu Ed Maccan, các kiến trúc sư thời ấy đã phát hiện một vật liệu rất thích hợp để làm giảm trọng lượng của mái vòm xuống còn 2/3 so với dự kiến, đó chính là đá bọt. Đây thực chất là dung nham với lỗ chỗ các bong bóng khí bé xíu bên trong, chúng nhẹ đến mức có thể nổi trên mặt nước. Khi sử dụng đá bọt làm bê tông, khối lượng của công trình sẽ giảm đi rất nhiều và làm mọi việc dễ dàng hơn.
Tuy nhiên, như vậy vẫn là chưa đủ. Những người xây dựng đền Patheon đã tìm cách cắt giảm nhiều hơn nữa lượng bê tông ở mọi vị trí có thể như vuốt nhọn thành vòm sao cho phần đáy là dày nhất và mỏng dần lên phía trên. Thậm chí, họ còn để trống phần đỉnh để giảm thêm trọng lượng của mái vòm. Họ cũng tạo ra những khoảng trống phía trong các tấm lợp cấu tạo trần mái vòm. Kết hợp tất cả các kĩ thuật này, cuối cùng khối lượng mái vòm chỉ còn 5000 tấn, tức là giảm 3/4 khối lượng so với dự kiến ban đầu. Để gia cố thêm cho phần chân đế, họ còn xây thêm 7 vòng đai bằng bê tông xung quanh. Những đài bê tông này giống như các đài sắt thít chặt khiến chân đế mái vòm thêm vững chắc.
Có thể thấy, kiểu kiến trúc đặc biệt này được sử dụng khá nhiều trong xây dựng cũng như ứng dựng trong đời sống hàng ngày. Xung quanh chúng ta thực chất có rất nhiều kết cấu dạng vòm, một trong những kiến trúc vòm còn tồn tại qua hàng trăm năm ở Hà Nội là hệ thống Cửa ô dưới đường sắt ở phố Phùng Hưng. Các vòm này được thiết kế nhằm tăng tính chịu lực, giúp hệ thống đường sắt chạy phía trên và người dân, phương tiện đi lại phía dưới được an toàn.
m=Một trong những kiến trúc vòm còn tồn tại qua hàng trăm năm ở Hà Nội là hệ thống Cửa ô dưới đường sắt ở phố Phùng Hưng.
Bên cạnh khả năng chịu lực lớn và bền vững, theo các nhà kiến trúc và kĩ sư xây dựng, kết cấu mái vòm còn nhiều điểm thú vị khác. Nhờ không có những bức tường phẳng, không khí không đâm vào bề mặt và lưu chuyển dễ dàng xung quanh quả cầu nên những nhà mái vòm không sợ gió mạnh lên tới 250km/h. Theo các nhà kiến trúc, ngày nay, kết cấu mái vòm thường được sử dụng trong các công trình lớn và được làm bằng thép giúp giảm trọng lượng của công trình và tăng công năng, hiệu suất không gian sử dụng.
Nếu như trước đây, phần lớn các công trình mái vòm được xây dựng bằng vật liệu truyền thống như gỗ, đá, xi măng... thì ngày nay, vật liệu xây dựng chủ yếu là sắt, thép, cùng hợp kim có độ bền cao và được kết cấu hình ống rỗng ở trong dù thanh mảnh nhưng vẫn đảm bảo tính liên kết và chịu lực tốt. Điều này giúp các kĩ sư xây dựng công trình mái vòm ngày càng lớn.
* Mời quý độc giả theo dõi các chương trình đã phát sóng của Đài Truyền hình Việt Nam trên TV Online và VTVGo!