Арки, склепіння і куполи не належать до римських винаходів. Однак римляни удосконалили їх до такої міри, що конструкції ці були перевершені до середини XIX століття.
Як ми розглядали раніше, ще в Стародавньому Єгипті, а також в будівлях крито-мікенської епохи в Греції (скарбниця Атрея) вже застосовувалися так звані помилкові арки і помилкові зведення. Однак різниця між помилковою конструкцією і істинної не настільки очевидна. Вважалося, що в помилкової арці або зведенні конструкція створюється консолями, насунутими одна над іншою, в яких не виникають розпірні горизонтальні зусилля. Це справедливо тільки в разі, коли виступи мають можливість вільного ковзання один щодо іншого. Однак навіть при укладанні римлянами заповнювач шарами розчин, що володіє високою міцністю і сполучними властивостями, виключав навіть мінімальне ковзання, що забезпечувало зведення конструкції істинної арки або склепіння з горизонтальними зусиллями распора в нижній зоні. У легких конструкціях без застосування розчину маса може бути недостатня, щоб в горизонтальних швах проявилася сила тертя, і тоді дана конструкція проявляє себе як помилкова арка або звід, де виліт кожної консолі визначається виключно міцністю матеріалу на розтяг.
Справжня конструкція арки або купола стала значним досягненням. Однак зведення цих конструкцій вимагало застосування кружало, так як остаточна міцність і стійкість досягалися тільки після укладання самого верхнього замкового елемента. Момент укладання замкового каменю часто супроводжувався релігійної церемонією. Камінь прикрашали, а іноді підбирали для нього особливо міцний матеріал, що було позбавлене якого б то не було сенсу, оскільки даний елемент несе однакову з усіма іншими навантаження.
Справжні арки й куполи зводилися як безрастворной способом, так і з застосуванням розчину. На основі арки римляни побудували безліч мостів і акведуків. Однак для мостів практично не застосовувалися бетонні технології, бо це було дуже складним процесом, здійснюваним над потоком води. Римські будівельники звели безліч мостів, які виконують свої функції і по сей день .Так, Тібрскій острів на о. Тибр в центрі Риму з'єднаний з берегами двома древніми мостами (рис. 1). Міст Фабриция, побудований в 62 р. До н.е. е. - один з найбільш древніх, що дійшли до нас майже в первісному вигляді. Другий - міст Цестія, побудований раніше першого, в 46 р. До н.е. е. - в 368 р був повністю перебудований, яким і зберігся до наших днів. У мостах безрастворной конструкції римляни часто застосовували металеві скоби, залізні або бронзові, якими камені скріплювали між собою. Прикладом такого моста може служити Понте цеста.
На основі арки римляни спорудили безліч акведуків. Іноді підйом водоводу над дном долини досягав 54 м. Високі акведуки будувалися у вигляді триярусних аркад.
Римські арки, склепіння і куполи завжди мали полуциркульное обрис. З одного боку, це представляло найбільш зручну і просту в побудові геометричну форму. Коло описав ще Евклід у своїй геометрії. Коло представлявся грецькими філософами як ідеальна крива. Римляни одночасно вважали цю форму і найміцнішою. Зрозуміло, що напівциркульна арка створює найменший розпір. Застосування напівциркульних арок в аркадах створювало взаємне погашення розпору в сусідніх арках. Необхідно було тільки забезпечити надійне обпирання аркади в торцях. Така збалансованість всієї конструкції наштовхнула римлян на думку замінити товсті опори в аркадах стрункими колонами. Цей прийом був сприйнятий усього подальшого архітектурою Середньовіччя і Відродження.
Інша працювати з куполами. Якщо купол являє собою півсферу, то вертикальні зусилля зводяться до стиснення, а горизонтальні до розтягування приблизно в нижній його третині (рис. 1 а). У Пантеоні товщина купола в цій зоні настільки велика, що розтягують зусилля недостатні для його руйнування. Якщо звернутися до полуциркульной арці або склепіння, то напруги распора в них повинні бути врівноважені зовнішніми конструкціями. У куполі вони гасяться масою опорного кільця, тому навантаження від купола спрямована строго вниз, що дозволяє передати її на підставу, якщо навіть купол високо піднятий над землею.
Однак розтягування кільця можна майже уникнути або, принаймні, звести його до мінімуму, якщо змінити обрис купола, зробивши його творчу більш плоскою, що також допоможе зменшити товщину стінок купола. Для цього криволинейную утворить купола можна змінити таким чином, що розтягує зона купола буде відсутній (рис. 1 6). Результуюча напруги распора розкладеться на вертикальну і горизонтальну складові. Остання в цьому випадку повинна бути сприйнята контрфорсом. Напівсферичні купола в подальшому знайдуть широке поширення в архітектурі Західної Римської імперії і пізніше - епохи Відродження. При цьому будуть зроблені спроби внесення конструктивних удосконалень, а плоскі купола запозичить візантійська і мусульманська архітектура.
Рис.1 а. Вертикальні «аркові» і горизонтальні «кільцеві» напруги в тонкому напівсферичним куполі. Кільцеві напруги, що стискають у верхній частині купола і розтягують - у нижній; б. Реакція в плоскому куполі