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  花之聖母主教座堂為「宗座聖殿」的建築——寬闊的中殿,中間是正方形的開間跨,兩側連續的走廊環繞著整個空間。 基本的方形在這些規則連續的走廊裡被一再重複,十字的交叉部位,十字的側翼以及聖壇,每個方形都由四個小方形組成,而中殿則包含了四個這樣的大方形。它的形狀是個在交叉處上方為一個穹頂的拉丁十字;而擱在墩柱的尖肋拱頂把中殿和側廊分開。主教座堂的尺度非常巨大:長153米,闊38米;中殿的十字交叉通道為90米闊,側拱的高度有23米高,其圓頂更達114.5米高。

  

  阿諾爾福.迪.坎比奧在1296年就已設計了主教座堂圓頂的基本特徵。主教座堂的建造工程從15世紀起歷一百多年而完成,可是其圓頂的結構未有記載。  圓頂經過一輪競賽,最後由建築師Neri di Fioravante以摒棄使用傳統的哥特式飛扶壁的設計模型當選。圓頂沒有外部的飛扶壁,其全部重量是由放在圓頂基部八角形上的肋骨所支撐,簡化了整個結構,因此它比任何圓頂建築物建得更高和更寬。  在1367年,這個新的建築結構法首次出現於義大利文藝復興時期,標誌著中世紀哥特式風格的突破與典型的羅馬式圓頂的重現。除了義大利中北部的建築傳統仍然採用哥特式飛扶壁之外,義大利建築師都普遍認為這式樣並不是主流的建築手法,而且當時飛扶壁已被禁止在佛羅倫斯使用。就Neri的設計模型所描述:圓頂內部空間非常龐大,頂部的圓窗將光線入引入主教座堂內,就像羅馬的萬神殿;另外圓頂被一層外殼所掩蓋著,以作抵擋天氣變化之用。而它建在一個沒扶壁的八角形的圓屋頂座上。

  古羅馬和拜占庭的穹頂是利用天然混凝土整體澆鑄的,會在穹頂的起腳處產生均勻的側向推力,又稱「環嚮應力」。為了平衡環嚮應力,或者如同萬神殿一般利用厚重的牆垣,或者如同聖索菲亞主教座堂一般利用帆拱和側面半穹頂。這兩種作法共同的缺點是需要環繞穹頂設定大量的結構部件,因而只能遠眺穹頂,在近處會被結構部件遮擋視線。為了彰顯穹頂的外型,拜占庭和阿拉伯的建築師已經開始把它高舉。據此,Neri也設計了一個高高舉起的穹頂,使觀者在近處依然可以欣賞其輪廓。與萬神殿相比,主教座堂穹頂的最大直徑(42.2m)少了不足1m,但是卻遠遠比前者高得多,這進一步增大了平衡側推力的難度。同時作為八邊形基座的牆垣修建得比較薄,以致於即使恢復古羅馬的工藝或者引進,也無法完成穹頂。方案設計師Neri和他的繼任者都沒有解決這一難題。在此後將近半個世紀的時間內,多次嘗試均以倒塌收場,甚至有人斷言這個穹頂永遠也無法建造起來。

  為了應對挑戰,伯魯乃列斯基沒有試圖重現萬神殿,而是發明了一種前所未有的工藝:他將哥特式建築的尖拱和技術應用到穹頂之上,把殼體結構改為框架結構。這種作法有如下的優點:  穹頂的輪廓是全新的:它將古羅馬的半球體大大地拔高。它距離地面有52米(171英尺),全長44米(144英尺),可是當時托斯卡尼沒有足夠的木材去搭建這樣大的支撐架。布魯內萊斯基還是仿萬神殿穹頂的造型,並能夠在不需要木製的支撐架的情況下建造圓頂。首先,他採用以砂岩和大理石製成的雙殼設計,包圍著圓頂的內外層;另外由於磚的重量比石頭輕和更容易成形,於是他把傳統的石材換成了磚材,因此使整個圓頂的重量減輕。準備設計穹頂的時候,其下部牆垣已經  在整個建築過程,布魯內萊斯並沒有公開圓頂的設計圖。為了向工匠說明他的結構設計,在雕塑家多納泰羅(Donato di Niccolò di Betto Bardi)和納尼.迪.邦克的幫助下,他用木材和磚材造了一個圓頂模型作為指導。不過這個模型是故意不完整的,目的是確保布魯內萊斯基對整個工程的掌控權。直至今天,這個模型仍展出在主教座堂的博物館(義大利語:Museo dell'Opera del Duomo)中。  同時,布魯內萊斯基亦巧妙地解決了圓頂向外分散的問題。他將一組四條石鏈和鐵鏈圍成桶圈狀,然後成水平線把它們嵌進圓頂內部:頂部和底部各有一條,而其餘兩條分別平均地放置於它們之間。在第一和第二條石鏈之間則放置第五條木造的鏈條。基於圓頂呈八角形而不是圓形,因此一條簡單的鏈條便可將全部的壓力施加在八個角上,就像用桶箍擠壓著圓頂。這些鏈條需要具有足夠的堅固性,以保持其八角形形狀,以免圓頂變形。由於每層磚石都是一個水平拱,受「定心」效應的影響下,壓力互相抗衡,所以圓頂能在沒有支架支撐下建成,正如伊斯坦布林的聖索非亞主教座堂。另一方面,那些假想的「圓形」能被包嵌於八角形的內圓頂中,這正是支撐起整個圓頂的結構。  布魯內萊斯基採用了「魚刺形」的模式建造圓頂,磚石從下往上逐層砌成,這樣磚石的重量便能轉移到距離圓頂最近的垂直肋骨。可是,外圓頂的基部和頂部分別只有60釐米(2英尺)和30釐米(1英尺)厚,這厚度並不足以包嵌這些鏈圈。要形成這樣的「圓」鏈圏,我們可從兩個圓頂之間的空間觀察得到,布魯內萊斯基在外圓頂的九個不同立面把其八個角的內側加厚,從而構成九個磚石環形結構。為了抵消環嚮應力,外圓頂並沒有嵌入鏈條,而全靠與內圓頂的底連線起來。
聖母百花聖殿又稱花之聖母主教座堂()或佛羅倫斯主教座堂,是位於義大利佛羅倫斯的一座主教座堂,屬哥特式風格的主教座堂。始建於1296年,由建築師阿爾諾夫·迪·卡姆比奧設計,並採用了精通羅馬古建築的工匠菲利波·布魯內萊斯基著名的圓頂(穹頂)建造,1436年最終完工。