WIRTUALNE REKONSTRUKCJE SKLEPIEŃ GWIAŹDZISTYCH WYKONANE
NA PODSTAWIE ANALIZY DZIEŁA BARTLA RANISCHA
Anna Kulig
1a, Krystyna Romaniak
1b1Wydział Architektury, Politechnika Krakowska
aarchitak@wp.pl, bkrystynaromaniak@gmail.com
Streszczenie
Sklepienia w gotyckich budowlach wznoszono w całej Europie na przestrzeni XII-XVI w. stanowiły dominanty wnętrz średniowiecznych, były ważnym elementem konstrukcji i kompozycji, uważane są za dzieła inżynierii i sztuki. Struktury geometryczne układu żeber i wysklepek wzorów o złożonej budowie nie zostały w pełni poznane, opracowane, ani zinwentaryzowane. Luka ta wymagała uzupełnienia. Naj- starszy skrupulatny opis sklepień gotyckich wraz z rysunkami objaśniającymi ich geometryczną budowę opracował wXVII wieku Bartel Ranisch - architekt i badacz gotyckich budowli. W dziele pod tytułem
„Beschreibung aller Kirchen-Gebaude der Stadt Dantzig” Ranisch zamieścił inwentaryzację wszystkich gdańskich kościołów gotyckich. Trudność w odczytaniu zapisu B. Ranischa tkwiła po pierwsze w archa- icznym języku niemieckim używanym w opisie, po drugie w niezrozumiałym obecnie zapisie geome- trycznym wykresów żeber. Podjęto nową interpretację starodruku, odczytano metodę rekonstrukcji sklepień gwiaździstych, którą wykorzystano do budowy wirtualnych modeli poszczególnych sklepień.
Słowa kluczowe: sklepienia gwiaździste, rekonstrukcje sklepień
VIRTUAL RECONSTRUCTION OF STELLAR VAULTS ON THE BASIS OF BARTEL RANISCH TREATY ANALYSIS
Summary
Vaults in Gothic buildings were erected in the whole Europe over XII-XVI century. They were do- minant for medieval interiors, plaing significant role as an element of construction. Composition and nowadays are considered as masterpieces of engineering and art. Geometric structure of the complex ribs and coverings arrangements were never fully understood, elaborated, or catalogued, what required supplementation. The oldest meticulous description of the Gothic vaults with drawings explaining their geometric structure was developed in the seventeenth century by Bartel Ranisch – architect and re- searcher of Gothic buildings. In the work entitled Beschreibung aller Kirchen-Gebaude der Stadt Dant- zig Ranisch posted an inventory of all Gothic churches in Gdańsk. Difficulty in understanding B. Ra- nisch writings consists in archaic German language used in the description and in currently incompre- hensible geometric notation of ribs graphs. These obstacles were successfully overcame and was formu- lated a universal method of reconstruction of stellar vaults that were used to build virtual models of re- spective vaults.
Keywords: stellar vaults, reconstruction of vaults
1. WSTĘP
W architekturze romańskiej poprzedzającej gotyk (XI - XIII w.) wśród sklepień królowało przekrycie kolebko- we, będące połową walca, które dodatkowo wzmacniano gurtami, przebiegającymi między filarami. Skrzyżowanie dwóch sklepień kolebkowych pod kątem prostym prowa- dzi do sklepienia krzyżowego, które stanowi drugi ważny typ sklepień okresu romańskiego. W sklepieniu krzyżo- wym za przenoszenie obciążeń odpowiedzialne jest całe sklepienie, ale obciążenie koncentruje się w czterech punktach narożnych. W Polsce jedno z najstarszych tego typu sklepień pochodzi z początku XII w. i znajduje się w krypcie św. Leonarda na Wawelu. Dodając żebra w miejscu połączenia kolebek sklepienia krzyżowego, uzyskuje się sklepienie krzyżowo-żebrowe. Początkowo żebra pełniły rolę wzmacniającą sklepienie. Pierwsze tego typu sklepienia powstały jeszcze w epoce romańskiej (katedra w Durham w Anglii 1093r.). W gotyku (XII - XVI w.) żebra zaczęły spełniać właściwą funkcję dla tego typu sklepienia funkcję, przenoszenia ciężaru całego sklepienia na podpory. Powierzchnie między żebrami, zwane wysklep kami, mogły być cieńsze oraz lżejsze.
Ponieważ obciążenie ścian przez sklepienie krzyżowe ma charakter punktowy na styku żeber ze ścianą, więc duże powierzchnie ścian zostały odciążone, przebite otworami okiennymi, ozdobione witrażami, wprowadzającymi dużo światła i blasku, co uważano wówczas za synonim pięk- na. Typowym elementem kształtującym styl gotycki był ostrołuk, będący połączeniem dwóch fragmentów okręgu.
W zależności od stosunku rozpiętości łuku do jego wyso-
kości rozróżniane są trzy typy ostrołuku: normalne, spłaszczone i podwyższone. W sklepieniach gotyckich najczęściej występuje ostrołuk spłaszczony, w którym środek łuku jest obniżony w stosunku do linii poziomej łączącej wezgłowia.
W najstarszych sklepieniach krzyżowo-żebrowych, zakładanych na planie kwadratu lub prostokąta wystę- powały dwa żebra przekątne oraz gurty. Przęsła wydzie- lone gurtami dzieliły się na cztery pola, dlatego określo- no je jako czterodzielne. Następnie wprowadzono żebra poprzeczne i uzyskano sklepienie sześciodzielne. Z punk- tu widzenia mechaniki budowli sklepienie krzyżowo- żebrowe jest idealnym rozwiązaniem przekrycia planu (nawet o nieregularnym kształcie), skupiającym obciąże- nie na czterech narożnych podporach. Daje ono możli- wość stosowania wtórnych podziałów wysklepek żebrami
"drugorzędnymi" i osiąganie niezwykłych efektów este- tycznych. Późnogotyckie sklepienia przybierają urozma- icone, dekoracyjne wzory. Występuje ogromne zróżnico- wanie wzorów i odmian, nawet w jednym obiekcie, co związane jest często z różnymi fazami budowlanymi. Do budowy żeber w sklepieniach gwiaździsto -żebrowych wykorzystywano krążyny, które miały najczęściej kształt półokręgów [3], co będzie wyjaśnione w dalszej części opracowania.
a) b) c)
Rys.1. Sklepienia gwiaździste z rysunkiem gwiazdy: a) czteroramiennej – zamek w Gniewie, b) sześcioramiennej katedra w Pel- plinie, c) ośmioramiennej - katedra w Kwidzynie
Początkowo gotyk rozwijał się w Europie zachodniej.
Za kolebkę gotyku uznaje się Francję. W Polsce gotyk królował od XIII do XVI wieku. Sklepienia gwiaździste pojawiły się około połowy XIV wieku. Powstały one przez podział pól sklepienia krzyżowo-żebrowego na mniejsze części szeregiem krótszych żeber rozmieszczo- nych symetrycznie względem żeber przekątnych, tworząc
rysunek gwiazdy i trójkątne przestrzenne pola wyskle- pek.
Najprostszym sklepieniem gwiaździstym jest sklepie- nie z rysunkiem gwiazdy czteroramiennej lub czteropro- miennej (rys.1a). Kolejne typy sklepień gwiaździstych zawierają rysunek gwiazdy sześcioramiennej (rys.1b) i ośmioramiennej (rys.1c).
Złożenie kilku sklepień gwiaździstych w ramach jed- nego przęsła tworzy sklepienie gwiaździste sprzężone.
W prezentowanym na rys. 2a przykładzie jest to złoże- nie czterech gwiazd czteroramiennych w ramach jednego przęsła.
Sklepienie gwiaździsto-sieciowe to rodzaj sklepienia żebrowego o bogatym układzie żeber, gdzie deseń wzoru przypomina sieć (rys.2b).
a) b)
Rys.2. Sklepienia: gwiaździsto-sprzężone –a) bazylika św. Katarzyny w Braniewie, b) gwiaździsto-sieciowe - bazylika Wniebo- wzięcia NMP w Pelplinie
2. REKONSTRUKCJE SKLEPIEŃ
Z okresu budowy sklepień pozostały nieliczne orygi- nalne plany, sztuka ich wznoszenia była bowiem tajem- nicą pilne strzeżoną przez mistrzów budowlanych.
Najstarsze zapisy pochodzą z XIII w. Są to plany sztras- burskie, rysunki z Reims, szkicownik Villarda de Hon- necourt, który zawiera między innymi rysunek sklepienia wspartego na centralnym słupie, szkicownik wiedeński czy drezdeński (zawierają same rysunki bez komenta- rzy). Leon Battista Alberti (1404-1472) w traktacie [2]
przedstawił wiele praktycznych informacji o postępowa- niu budowniczych. Brak opracowań o zasadach geome- trycznych budowy sklepień utrudnia prace konserwator- skie i rekonstrukcyjne.
Rekonstrukcje na dużą skalę prowadzone były po II wojnie światowej, kiedy w wyniku działań wojennych nastąpiło zniszczenie wielu zabytków, w tym monumen- tów gotyckich. Przy rekonstrukcji sklepień wykorzysty- wano różne źródła historyczne (archiwalne plany, zdjęcia i ilustracje) [8]. Najbardziej wiarygodnym źródłem były zachowane analogiczne obiekty, które służyły za wzór odtwarzania. Niektóre rekonstrukcje wykonywane były wiele lat po wojnie. W kościele św. Brygidy w Gdańsku prace rekonstrukcyjne sklepień rozpoczęto dopiero w 1971 roku, a ukończono je w 1984 roku, natomiast w kościele św. Piotra i Pawła w Gdańsku ukończono dopiero w 2006 roku [5].
a) b) c)
Rys.3. Kościół św. Józefa w Gdańsku: widok wnętrza a) przed 1939r., b) zniszczenia wojenne, c) stan obecny
Obecnie nadal są w Polsce obiekty, w których skle- pienia nie zostały odtworzone. Przykładowo w przed- sionku Bazyliki Mariackiej w Gdańsku brak jest sklepie- nia (rys.4a). Elbląski kościół NMP adaptowano na
potrzeby Galerii EL, bez odbudowy sklepień (rys.4b).
W Malborku toczy się od lat debata konserwatorska na temat rekonstrukcji sklepienia w kościele zamkowym (rys.4c). Ostateczna decyzja nie jest nadal podjęta.
a) b) c)
Rys.4. Brak sklepień: a) bazylika Mariacka w Gdańsku, b) kościół NMP w Elblągu- Galeria EL, c) kościół zamkowy NMP w Malborku
Ze względu na niedogodności w wykonaniu pomiarów (z powodu znacznych wysokości - do 30 m), tylko nie- liczne sklepienia istniejące posiadają szczegółową inwen- taryzację pomiarową. Ich dokumentację tworzą najczę- ściej rzuty, przekroje oraz zdjęcia fotograficzne. Źródła ikonograficzne, zdjęcia fotograficzne oraz rzuty nie stanowią kompletnej informacji, dzięki którym można wykonać wierną rekonstrukcję sklepienia, konieczne jest poznanie reguł rządzących jego budową.
3. ANALIZA TRAKTATU BARTLA RANISCHA
Bezcennym źródłem informacji o budowie przestrzen- nej sklepień gwiaździstych jest traktat Bartla Ranischa, architekta i badacza gotyckich budowli. Autor traktatu poznał z przekazów rodzinnych (jako syn muratora z Saksonii) praktyczne i teoretyczne reguły budowy sklepień gotyckich. Jako główny architekt Gdańska stosował tę wiedzę do napraw, uzupełnień, konserwacji
i rozbudowy obiektów w Gdańsku i jego okolicach (w Piasecznie Pomorskim wybudował sklepienie gwiaździ- ste, na którym pozostawił swój podpis). W swoim dziele z 1695r. zamieścił inwentaryzację wszystkich kościołów gdańskich [7]. B. Ranisch posługiwał się planami oraz wykresami żeber bez ujęć perspektywicznych, dlatego na podstawie tych rysunków trudno wyobrazić sobie układ przestrzenny, czytelny dopiero w bezpośredniej obserwacji budowli. Dla każdego kościoła wykonał: widok frontowy (rys.5a), plan (rzut kościoła) (rys.5b), na którym wpro- wadził numerację poszczególnych przęseł, każdy wzór sklepienia rozrysował w większej skali, podając wykresy żeber. Kolejne etapy konstrukcji geometrycznej i realizacji na budowie zaopatrzył stosownym komentarzem (rys.5c).
Na podstawie zapisu konstrukcji B. Ranischa wykona- no rekonstrukcje sklepień w kilku kościołach gdańskich (św. Katarzyny, św. Brygidy, św. Piotra i Pawła) [5].
a) b) c)
Rys.5.Kościół św. Katarzyny w Gdańsku: a) elewacja, b) rzut, c) konstrukcje sklepień Trudność w zrozumieniu zapisu Ranischa tkwiła po
pierwsze w archaicznym języku niemieckim stosowanym w opisie, po drugie - w niezrozumiałym obecnie zapisie geometrycznym wykresów żeber. W pierwszej kolejności
przetłumaczono fragmenty traktatu B. Ranischa doty- czące techniki budowy sklepień. Następnie dokonano analizy ilustracji pod kątem geometrii sklepień. Uzyska- ne wyniki sprawdzono, tworząc modele robocze w posta-
ci makiet z tektury. W ostatnim etapie wykonano mode- le wirtualne w programie AutoCAD. Dla sprawdzenia wiarygodności zapisu B. Ranischa wykonano modele wirtualne wybranych sklepień, wzorując się na wymia- rach i proporcjach autentycznych i dobrze zachowanych do dziś obiektów, które są dostępne do badań i posiadają dokumentację techniczną. W celach porównawczych wykonano modele sklepień gwiaździstych, nawiązując do wzorów z wnętrza kościoła św. Jana w Gdańsku. Skorzy- stano z wykonanej na zlecenie głównego konserwatora zabytków w Gdańsku mapy warstwicowej struktur sklepiennych. Mapę tę, będącą precyzyjną inwentaryza- cją fotogrametryczną sklepień żebrowych z XV wieku, zachowanych w korpusie świątyni, opracowała w 2004r.
firma DEPHOS. Dokumentację tę porównano z wykre- sami w starodruku B. Ranischa oraz ich interpreta- cją w modelu cyfrowym. Analiza porównawcza form geometrycznych wykazała ścisłe podobieństwo, a zatem potwierdziła rzetelność wykresów i opisu konstrukcji B. Ranischa. Na tej podstawie sformułowana została metoda rekonstrukcji sklepień gwiaździstych, która posłużyła do budowy komputerowych modeli tychże sklepień [6].
4. MODELOWANIE 3D SKLEPIEŃ GWIAŹDZISTYCH
Budowie wirtualnych rekonstrukcji, wykonanych w programie graficznym AutoCAD, towarzyszyła bezpo- średnia obserwacja budowli, porównanie dokumentacji historycznych i współczesnych z okresu odbudowy oraz nowoczesnych inwentaryzacji fotogrametrycznych.
W wyniku przeprowadzonej konfrontacji źródeł potwier- dzono poprawność konstrukcji sklepień w pracy Rani- scha. Modele komputerowe wykonano, zachowując wymiary i proporcje rzeczywistych przęseł. Każde rekon- struowane sklepienie ma więc odniesienie do rzeczywi- stego sklepienia, dlatego wirtualne modele zestawiono ze zdjęciami fotograficznymi stanu obecnego sklepień.
Modele komputerowe wykonane na podstawie wskazó- wek i rysunków budowlanych w starodruku, są pod względem formy „idealne” zachowujące symetrię i regu- larność wzoru. Formy zabytkowe w wyniku kilkusetlet- niego trwania są zdeformowane, fragmentami zniszczone i przemieszczone. Nie jest to często widoczne w bezpo- średniej obserwacji, lecz wykazują to pomiary.
Modele 3D wykonano dla kilku typów sklepień gwiaździstych, między innymi dla sklepiania z rysunkiem gwiazdy ośmioramiennej, występującego w kościele św. Jana w Gdańsku (rys.6).
a) b)
Rys.6. Sklepienie z rysunkiem gwiazdy ośmioramiennej w kościele św. Jana w Gdańsku:
a) rzut poziomy, b) widok sklepienia W pierwszej kolejności wykonano rzut sklepienia, na
którym zaznaczono punkty węzłowe (analogiczne jak w traktacie B. Ranischa rys.7). Każdy odcinek na planie jest zapisem rzutu prostokątnego żebra sklepiennego.
W rzeczywistości wszystkie żebra mają kształt łuków okręgu. Po raz pierwszy w Polsce żebra w kształcie półkolistym zastosowano w cysterskich opactwach z XIII w. w Wąchocku, Koprzywnicy, Sulejowie [4].
Ustawienie prostopadłe do podłoża uzasadnione jest wygodą konstrukcji. Dzięki temu krążyny wspierające żebra w trakcie budowy ustawia się prostopadle do podłoża wzdłuż linii wyznaczonej na planie. Wysokości poszczególnych punktów węzłowych wyznaczono, wyko- rzystując zapis konstrukcji przedstawiony przez B.
Ranischa [5].
Rys.7. Sklepienie gwiaździste z rysunkiem gwiazdy ośmioramiennej -plan sklepienia wykresy żeber w traktacie B. Ranischa Kłady poszczególnych punktów węzłowych i łączące
je łuki żeber użyto do budowy trójwymiarowego modelu sklepienia. Przyjęto uproszczony profil żeber i otrzyma- no rekonstrukcje żeber sklepienia (rys.8a). W kolejnym kroku połączono łuki żeber powierzchniami prostokreśl- nymi (rys.8b). Wykonano rendering sklepienia (rys.8c)
oraz zestawiono pojedyncze sklepienie w układ wielo- przęsłowy (rys.8d). Otrzymany model 3D można na- stępnie zmieniać kolorystycznie i fakturowo, przyjmując różne rodzaje oświetlenia, eksperymentując z różnymi punktami obserwacji.
a) b)
c) d)
e)
Rys. 8. Sklepienie gwiaździste z rysunkiem gwiazdy ośmioramiennej: a) model szkieletu gwiaździstego żeber, b) model sklepienia z wysklepkami w postaci powierzchni prostokreślnych, c) rendering wysklepek, d) rendering sklepienia, e) złożenie trzech przęseł
sklepienia
W analogiczny sposób wykonano rekonstrukcje skle- pień: trójdzielnego, z rysunkiem gwiazdy sześcioramien- nej, gwiaździsto- sieciowego (tab.1). Punkty węzłowe na planie sklepień oznaczono kolejnymi literami alfabetu.
Odcinek A’B’ to rzut połowy żebra przekątnego będące-
go półokręgiem. Jego promień określa promień łuków pozostałych żeber sklepienia.
Tabela 1. Wirtualne rekonstrukcje sklepień żebrowych Lp. Typ
sklepienia Plan Model 3D
1. Trójdzielne
2.
Gwiaździste z rysunkiem
gwiazdy sześciora- miennej
3.
Gwiaź- dzisto - sieciowe
5. WNIOSKI
Odbudowa i rekonstrukcja historycznych obiektów architektonicznych odbywają się nadal na terenie zarów- no Polski, jak i Europy. Dlatego temat dotyczący sposo- bu wykonania rekonstrukcji jest nadal aktualny. Opra- cowywane są modele komputerowe zniszczonych obiek- tów [1] oraz prowadzone są eksperymentalne badania sklepień gotyckich [9].
Traktat B. Ranischa zawiera najstarszy, unikatowy opis wznoszenia sklepień gotyckich wraz z ich inwenta- ryzacją. Do dzieł B. Ranischa nawiązywało wielu histo- ryków architektury oraz konserwatorów. Dokumentacja konserwatorska sklepień w kościołach św. Katarzyny oraz św. Brygidy wykonana przez Kazimierza Macura oraz Zygmunta Wysockiego oparta była na metodach B.
Ranischai. Ponieważ projektanci osobiście nadzorowali
prace konserwatorskie, nie zamieścili komentarza doty- czącego konstrukcji sklepień oraz sposobu odczytania zapisu Ranischa. Historyczne dzieło wymagało ponownej interpretacji i zapisu we współcześnie zrozumiałym języku geometrycznym.
Na podstawie zapisu konstrukcji sklepień B. Rani- scha wykonano rekonstrukcję sklepień gwiaździstych.
Przedstawiono komputerowe wizje sklepień w różnej kolorystyce, z przyjęciem faktury, materiału, oświetlenia i różnych punktów obserwacji. Zaprezentowano zesta- wienie poszczególnych sklepień w układach wieloprzę- słowych, zbliżonych do rzeczywistych. Wykonane mode- le można nadal kształtować plastycznie i malarsko, mając solidny, zgodny z rzeczywistym szkielet geome- tryczny.
Literatura
1. Amado M., Lourenco P., Pena F.: Virtual reconstruction of medieval monastery usingcomputer-aided design model. “Journal of Architectural Engineering” 2009, Vol. 15, No. 4, p.131 - 138
2. Alberti L. B. : Ksiąg dziesięć o sztuce budowania. Warszawa: PWN, 1960.
3. Fitchen J.: The construction of gothic cathedrals: a study of medieval vault erection. Oxford: Clarendon Press, 1961.
4. Krassowski W.: Dzieje budownictwa i architektury na ziemiach Polski. Warszawa: „Arkady”, 1990. T. 2, s.76.
5. Kulig A.: Metody geometryczne w rekonstrukcji sklepień gotyckich na przykładziewybranych wnętrz sakralnych odbudowanych w Polsce po II wojnie światowej. Rozprawa doktorska. Kraków 2007.
6. Kulig A., Romaniak K.: A universal geometrical method for reconstruction of Gothic vaults. “Journal for Geo- metry and Graphics” 2008, Vol. 12, No. 1, p. 81 - 86.
7. Ranisch B.: Beschreibung aller Kirchen-Gebäude der Stadt Dantzig. Dantzig 1695.
8. Szczepański J.: Odbudowa kościołów Gdańska po II wojnie światowej. Gdańsk: Wyd. Pol. Gdańskiej, 2009.
9. Wendland D.: Research on „cell vaults”: analytic and experimental studies on thetechnology of late-gothic vault construction. „Wiadomości Konserwatorskie” 2012, 32, p.127 – 132.
iInformacja na podstawie notatek w projekcie rekonstrukcji sklepień wykonanych w pracowni PKZ Gdańsk w 1966r., przechowywanych w archiwum
