Ayasofya’nın duvarları, kubbesinin ağırlığı dolayısıyla, hem Doğu Roma Dönemi’nde, hem de Osmanlı Dönemi’nde dışa doğru açılma tehlikesi göstermiştir. Doğu ve batıdaki esksadralarla genişletilmiş olan yarım kubbeler, yan neflerdeki sütünlar, onları birbirine bağlayan kemerler ve tonozlar ile ana kubbenin çeşitli yönlere baskısı karşılanmaya çalışılmış, ancak bunlar yeterli olmamıştır. Önce Doğu Romalılar, ardından da Osmanlılar yapının dışından payandalar yaparak, kubbenin baskısını önlemişlerdir. Mimar Sinan, bu sorunu çözmek için, kubbeyi taşıyan payeler ve yan duvarlar arasındaki boşlukları kemerlerle takviye etmiş, bunun yanı sıra ağır dayanak duvarları yaparak yapıyı destekleme yoluna gitmiştir. Ayrıca Doğu Roma Dönemi’nde yapılmış olan destek duvarları yeniden örülerek, taş muhafazalar içine alınmıştır. Ayasofya’nın 24 adet payandası bulunmaktadır. Payandalardan bir kısmı tamamen Doğu Roma Dönemi’nde, bir kısmı Osmanlı Dönemi’nde yapılmıştır, ayrıca payandaların bir kısmı Doğu Roma Dönemi’nde yapılıp Osmanlı Dönemi’nde müdahale görmüştür. Bu payandalardan 7 tanesi doğuda, 4 tanesi güneyde, 4 tanesi kuzeyde, 5 tanesi batıda ve diğer 4 tanesi de ağırlık kuleleri olarak yapıyı desteklemektedir.