Hagia Sophia
The dome of Hagia Sophia has spurred particular interest for many art historians, architects and engineers because of the innovative way the original architects envisioned it. The cupola is carried on four spherical triangular pendentives, an element which was first fully realized in this building. The pendentives implement the transition from the circular base of the dome to the rectangular base below, restraining the lateral forces of the dome and allow its weight to flow downwards. They were reinforced with buttresses during Byzantine and later during Ottoman times, under the guidance of the architect Sinan. The weight of the dome remained a problem for most of the building's existence. The original cupola collapsed entirely after the quake of 558; in 563 a new dome was built by Isidore the younger, a nephew of Isidore of Miletus. Unlike the original, this included 40 ribs and was slightly taller, in order to lower the lateral forces on the church walls. Larger section of the second dome collapsed as well, in two episodes, so that today only two sections of the present dome, in the north and south side, still date from the 562 reconstruction. Of the whole dome's 40 ribs, the surviving north section contains 8 ribs, while the south section includes 6 ribs.
The face of the Hexapterygon (six-winged angel) on the north east pendentive (upper left), discovered but covered again by Gaspare Fossati during its restoration, is visible again. Although this design stabilizes the dome and the surrounding walls and arches, the actual construction of the walls of Hagia Sophia weakened the overall structure. The bricklayers used more mortar than brick, weakening the walls. The structure would have been more stable if the builders at least let the mortar cure before they began the next layer; however, they did not do this. When the dome was erected, its weight caused the walls to lean outward because of the wet mortar underneath. When Isidore the Younger rebuilt the fallen cupola, he had to first build up the interior of the walls to make them vertical again. Additionally, the architect raised the height of the rebuilt dome by approximately six metres so that the lateral forces would not be as strong and its weight would flow more easily down into the walls. Moreover, he shaped the new cupola like a scalloped shell or the inside of an umbrella, with ribs that extend from the top down to the base. These ribs allow the weight of the dome to flow between the windows, down the pendentives, and ultimately to the foundation.
Hagia Sophia is famous for the mystical quality of light that reflects everywhere in the interior of the nave, giving the dome the appearance of hovering above this. This effect was achieved by inserting forty windows around the base of the original structure. Moreover, the insertion of the windows in the dome structure lowers its weight. The unique character of the design of Hagia Sophia shows how this structure is one of the most advanced and ambitious monuments of late antiquity.
Ayasofya
Ayasofya mimari bakımdan, bazilika planı ile merkezî planı birleştiren kubbeli bazilika tipinde bir yapı olup, kubbe geçişi ve taşıyıcı sistem özellikleriyle mimarlık tarihinde önemli bir dönüm noktası olarak ele alınır. Ayasofya, her şeyden önce boyutu ve mimari yapısıyla önem taşır.
Yapıldığı dönemin dünyasında hiçbir bazilika planlı yapı Ayasofya'nın kubbesinin boyutundaki bir kubbe ile örtülebilmiş ve böylesine büyük bir iç mekâna sahip değildi. Ayasofya’nın kubbesi Roma’daki Panteon'un kubbesinden küçük olmakla birlikte Ayasofya’da uygulanan yarım kubbe, kemer ve tonozlardan oluşan karmaşık ve sofistike sistem, kubbenin çok daha geniş bir mekânı örtebilmesini sağlayarak kubbeyi daha etkileyici kılmaktadır.
Taşıyıcı olarak beden duvarlarına oturtulmuş önceki yapıların kubbeleriyle kıyaslandığında, sadece dört payeye oturtulmuş bu denli büyük bir kubbe mimarlık tarihinde gerek teknik, gerekse estetik bakımdan bir devrim sayılmaktadır. Orta nefin yarısını örten ana (merkezî) kubbe, doğu ve batısına eklenen yarım kubbelerle çok geniş bir dikdörtgen biçimli iç mekân yaratacak şekilde öylesine genişletilmiştir ki, zeminden bakıldığında, gökyüzüne asılı gibi duran, tüm iç mekâna hakim bir kubbe olarak algılanır.
Doğu ve batı açıklıklarını kapatan yarım kubbelerden de daha küçük yarım kubbeli eksedralara geçiş yapılarak sistem tamamlanmıştır. Küçük kubbelerden başlayarak ana kubbe tacıyla tamamlanan bu kubbeler hiyerarşisi antik zamanlarda örneği görülmemiş bir mimari sistemdir. Yapının bazilika planı dahice tümüyle 'gizlenmiş' durumdadır.
İnşa sırasında duvarlarda tuğladan ziyade harç kullanılmış ve kubbe yapı üzerine kondurulduğunda kubbenin ağırlığı alt kısmı nemli kalmış harçla oluşturulan duvarların dışa doğru bükülmesine yol açmıştı. 558 depremi sonrasında yapılan ana kubbenin yeniden yapımı sırasında genç İsidorus kubbeyi taşıyabilmeleri için önce duvarları yeniden dikleştirmiştir. Bütün bu hassas çalışmalara rağmen kubbenin ağırlığı yüzyıllarca bir problem olmaya devam etti, kubbenin ağırlık baskısı binayı bir çiçeğin açılması gibi dört yanından dışa doğru açılmaya zorluyordu. Bu problem de binaya dışarıdan istinat unsurlarının eklenmesiyle çözüldü. Osmanlı döneminde mimarlar bir binada kayma olup olmadığını anlamak için ya yapımı sırasında elle döndürülebilecek küçük bir dikey sütun eklerlerdi ya da duvardaki 20-30 santimetrelik iki sabit nokta arasına cam yerleştirirlerdi. Sütun artık döndürülemediğinde veya söz konusu cam çatladığında binada kaymanın belli bir dereceye geldiği anlaşılmış olurdu. Ayasofya’nın üst kat duvarlarında ikinci yöntemin izleri halen görülebilir. Döndürülen sütun ise Topkapı Sarayı’nın harem bölümünde mevcuttur.
İç yüzeyler tuğla üzerine çok renkli mermer, kırmızı ya da mor porfirler ve yapımında altın kullanılmış mozaiklerle kaplıdır. Bu, geniş payelerin daha ışıklı ve kamufle olmasını da sağlayan bir yöntemdir. 19. yüzyılda restorasyon çalışmaları sırasında bina dıştan Fossati tarafından sarı ve kırmızı renklere boyanmıştır. Ayasofya, Bizans mimarisinin başyapıtı olmakla birlikte, pagan, Ortodoks, Katolik, İslam etkilerinin sentez olduğu bir yapıdır.