Jabarkan Kubah dari Katedral Firenze

Setelah dibangun selama seratus tahun dan pada awal abad ke-15, bangunan tersebut masih belum memiliki kubah. Fitur dasar kubah telah dirancang oleh Arnolfo di Cambio pada tahun 1296. Model batanya, setinggi 4,6 m (15,1 kaki), panjang 9,2 m (30,2 kaki), berdiri di lorong samping bangunan yang belum selesai, dan telah lama disakralkan. Bagian ini membutuhkan kubah segi delapan yang lebih tinggi dan lebih lebar dari yang pernah dibangun, tanpa penopang eksternal agar tidak menyebar dan jatuh karena beratnya sendiri.

Komitmen untuk menolak penopang Gotik tradisional telah dibuat ketika model Neri di Fioravanti dipilih daripada model pesaing oleh Giovanni di Lapo Ghini. Pilihan arsitektur itu, pada tahun 1367, merupakan salah satu peristiwa pertama Renaisans Italia, yang menandai pemutusan gaya Gotik Abad Pertengahan dan kembalinya kubah Mediterania klasik. Arsitek Italia menganggap penopang terbang Gotik sebagai barang darurat yang jelek. Selain itu, penggunaan penopang dilarang di Firenze, karena gaya tersebut disukai oleh musuh tradisional Italia tengah di utara. Model Neri menggambarkan kubah bagian dalam yang besar, terbuka di bagian atas untuk menerima cahaya, seperti Pantheon Roma, sebagian ditopang oleh kubah bagian dalam, tetapi ditutup dengan cangkang luar yang lebih tipis, untuk menahan cuaca. Itu harus berdiri di atas drum segi delapan yang tidak ditopang. Kubah Neri membutuhkan pertahanan internal terhadap penyebaran (tegangan lingkaran), tetapi belum ada yang dirancang.

Pembangunan kubah batu semacam itu menimbulkan banyak masalah teknis. Brunelleschi melihat ke kubah besar Pantheon di Roma untuk mencari solusi. Kubah Pantheon terdiri dari satu cangkang beton, dan menjadi rancangan yang sudah lama dilupakan. Pantheon telah menggunakan pemusatan struktural untuk mendukung kubah beton saat diawetkan. Hal tersebut tidak bisa menjadi solusi dalam kasus kubah sebesar ini dan akan membuat gereja tidak digunakan lagi. Untuk tinggi dan lebar kubah yang dirancang oleh Neri, mulai dari 52 m (171 kaki) di atas lantai dan mencapai 44 m (144 kaki), tidak ada cukup kayu di Toskana untuk membangun perancah dan bentuk. Brunelleschi memilih untuk mengikuti desain tersebut dan menggunakan cangkang ganda, terbuat dari batu pasir dan marmer. Brunelleschi harus membangun kubah dari batu bata, karena bobotnya yang ringan dibandingkan dengan batu dan lebih mudah dibentuk, dan tidak ada apa pun di bawahnya selama konstruksi. Untuk mengilustrasikan rencana struktural yang diusulkannya, dia membuat model kayu dan bata dengan bantuan Donatello dan Nanni di Banco, model yang masih dipajang di Museo dell'Opera del Duomo. Model tersebut berfungsi sebagai panduan bagi para pengrajin, tetapi sengaja dibuat tidak lengkap, untuk memastikan kontrol Brunelleschi atas konstruksi tersebut.

Solusi Brunelleschi sangat cerdik. Masalah penyebaran diselesaikan dengan satu set empat rantai batu dan besi horizontal internal, berfungsi sebagai lingkaran tong, tertanam di dalam kubah bagian dalam: satu di atas, satu di bawah, dengan dua sisanya berjarak sama di antara keduanya. Rantai kelima, terbuat dari kayu, ditempatkan di antara rantai batu pertama dan kedua. Karena kubah itu berbentuk segi delapan dan bukan bulat, rantai sederhana, yang meremas kubah seperti lingkaran tong, akan memberikan semua tekanannya pada delapan sudut kubah. Rantai harus berbentuk segi delapan yang kaku, cukup kaku untuk menahan bentuknya, agar tidak merusak bentuk kubah saat mereka menyatukannya.

Setiap rantai batu Brunelleschi dibangun seperti jalur kereta api segi delapan dengan rel paralel dan ikatan silang, semuanya terbuat dari balok batu pasir dengan diameter 43 cm (17 inci) dan panjang tidak lebih dari 2,3 m (7,5 kaki). Rel dihubungkan ujung ke ujung dengan sambungan besi berlapis timah. Ikatan silang dan rel dilekuk menjadi satu dan kemudian ditutup dengan batu bata dan mortar kubah bagian dalam. Ikatan silang rantai bawah terlihat menonjol dari drum di dasar kubah. Yang lainnya tersembunyi. Setiap rantai batu seharusnya diperkuat dengan rantai besi standar yang terbuat dari mata rantai yang saling terkait, tetapi survei magnetik yang dilakukan pada tahun 1970-an gagal mendeteksi bukti adanya rantai besi, yang jika ada tertanam dalam di dinding batu yang tebal. Brunelleschi juga menyertakan "tulang rusuk" vertikal yang dipasang di sudut segi delapan, melengkung ke arah titik tengah. Tulang rusuknya, sedalam 4 m (13 kaki), ditopang oleh 16 tulang rusuk tersembunyi yang memancar dari tengah. Tulang rusuk memiliki celah untuk mengambil balok yang menopang platform, sehingga memungkinkan pekerjaan untuk maju ke atas tanpa perlu perancah.

Kubah batu melingkar dapat dibangun tanpa penyangga, yang disebut pemusatan, karena setiap rangkaian batu bata adalah lengkungan horizontal yang menahan tekanan. Di Firenze, kubah dalam oktagonal cukup tebal untuk membuat lingkaran imajiner tertanam di dalamnya di setiap tingkat, sebuah fitur yang pada akhirnya akan menahan kubah, tetapi tidak dapat menahan batu bata di tempatnya saat mortar masih basah. Brunelleschi menggunakan pola batu bata herringbone untuk memindahkan berat batu bata yang baru diletakkan ke rusuk vertikal terdekat dari kubah yang tidak melingkar.

Kubah luar tidak cukup tebal untuk menampung lingkaran horizontal tertanam, hanya setebal 60 cm (2 kaki) di bagian bawah dan 30 cm (1 kaki) di bagian atas. Untuk membuat lingkaran seperti itu, Brunelleschi menebalkan kubah luar di bagian dalam sudutnya pada sembilan ketinggian berbeda, menciptakan sembilan cincin pasangan bata, yang sekarang dapat diamati dari ruang di antara dua kubah. Untuk menangkal tekanan melingkar, kubah luar bergantung sepenuhnya pada keterikatannya dengan kubah dalam dan tidak memiliki rantai tertanam.

Pemahaman modern hukum fisika dan alat matematika untuk menghitung tegangan berabad-abad di masa depan. Brunelleschi, seperti semua pembangun katedral, harus mengandalkan intuisi dan apa pun yang bisa dia pelajari dari model berskala besar yang dia bangun. Untuk mengangkat 37.000 ton material, termasuk lebih dari 4 juta batu bata, dia menemukan mesin pengangkat dan lewisson untuk mengangkat batu besar. Mesin yang dirancang khusus ini dan inovasi strukturalnya merupakan kontribusi utama Brunelleschi pada arsitektur. Meskipun dia menjalankan rencana estetika yang dibuat setengah abad sebelumnya, namanyalah, bukan nama Neri, yang biasanya diasosiasikan dengan kubah tersebut.

Kemampuan Brunelleschi untuk memahkotai kubah dengan lentera dipertanyakan dan dia harus menjalani kompetisi lagi, meskipun ada bukti bahwa Brunelleschi  telah mengerjakan desain lentera untuk bagian atas kubah. Buktinya terlihat pada lekukan yang dibuat lebih curam dari model aslinya. Dia dinyatakan sebagai pemenang atas pesaingnya Lorenzo Ghiberti dan Antonio Ciaccheri. Rancangannya (sekarang dipajang di Museum Opera del Duomo) adalah untuk lentera segi delapan dengan delapan penopang memancar dan delapan jendela melengkung tinggi. Pembangunan lentera dimulai beberapa bulan sebelum kematiannya pada tahun 1446. Kemudian, selama 15 tahun, hanya sedikit kemajuan yang dapat dicapai, karena perubahan yang dilakukan oleh beberapa arsitek. Lentera itu akhirnya diselesaikan oleh teman Brunelleschi, Michelozzo pada tahun 1461. Atap berbentuk kerucut dimahkotai dengan bola tembaga berlapis emas dan salib, yang berisi relik suci, oleh Verrocchio pada tahun 1469. Ini menjadikan tinggi total kubah dan lentera menjadi 114,5 m (376 kaki). Bola tembaga ini disambar petir pada tanggal 17 Juli 1600 dan jatuh. Itu digantikan oleh yang lebih besar dua tahun kemudian.

Komisi untuk bola tembaga berlapis emas ini [di atas lentera] diberikan kepada pematung Verrocchio, yang di bengkelnya saat ini ada seorang pemagang muda bernama Leonardo da Vinci. Terpesona oleh mesin Filippo [Brunelleschi], yang digunakan Verrocchio untuk mengangkat bola, Leonardo membuat serangkaian sketsa dan, sebagai hasilnya, sering diberi penghargaan atas penemuannya.

Leonardo da Vinci mungkin juga berpartisipasi dalam desain bola perunggu, sebagaimana dinyatakan dalam manuskrip G Paris "Ingat cara kami menyolder bola Santa Maria del Fiore".

Dekorasi galeri drum oleh Baccio d'Agnolo tidak pernah selesai setelah tidak disetujui oleh Michelangelo.

Sebuah patung besar Filippo Brunelleschi sekarang berada di luar Palazzo dei Canonici di Piazza del Duomo, memandang ke arah pencapaian terbesarnya, kubah yang akan selamanya mendominasi panorama Firenze. Kubah Firenze masih merupakan kubah batu terbesar di dunia.

Pembangunan katedral dimulai pada tahun 1296 dengan desain Arnolfo di Cambio dan selesai pada tahun 1469 dengan penempatan bola tembaga Verrochio di atas lentera. Tetapi fasadnya masih belum selesai dan akan tetap demikian hingga abad ke-19.