分简单造成的独特的视觉错觉，因为它的圆形地面的直径与整个建筑的内部高度完全相等，均为43.4米，圆穹形屋顶自然地向下延伸，形成一个完美的球体与地面相接。仔细观察可以看出，它的内部下半部是圆鼓形的，圆鼓形墙壁上顺序排列着两层突出的檐口，上层檐口上是拱顶，拱顶由凹入式平顶镶板连接而成，镶板下部宽，上部窗，形成圆穹形屋顶，整个室内没有一根主柱和横梁。圆穹形屋顶正中即是那个光线进入的圆形天窗，天窗的边沿是铜的，而且作为配套，这个天窗上而原有一个直径稍大一点的铜盖，以防雨进入室内，万神庙直径达43.4米的这一圆穹，一直是世界最大无梁圆拱，直到1960年罗马建立起直径100米的体育馆圆顶后，这一纪录才被打破。万神殿的基础、墙和穹顶都是用火山灰制成的混凝土浇筑而成，非常牢固。万神殿的底平面直径也为43.4米，与高度相等，使得内部空间非常完整紧凑。万神殿下半部为空心圆柱形，从高度一半的地方开始，上半部为半球形的穹顶。万神殿的基础部分底部宽7.3米，墙和穹顶底部厚达6米，穹顶顶部厚1.5米。为使穹顶墙厚的递减更有利于万神殿整体建筑的稳固，万神殿穹顶内壁被整齐划分为5排2八格，每一格皆被由上而下雕凿凹陷，
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