世贸大楼其实不是被撞塌的,而是被大火烧塌的。
最先被撞击的是双子塔一号楼,17分钟后二号楼也被撞击。
二号楼在被撞击56分钟后最先发生倒塌,当时现场的人大多没有意识到大楼会出现倒塌危险,导致很多市民和消防员丧失。
倒塌的二号楼摧毁了路边的救援指挥部,导致现场指挥出现中断。而这时一号楼中的救援人员还不知道外面发生了什么事。
在二号楼倒塌30分钟后,一号楼也相继倒塌。双子塔的突然倒塌,引发了巨大的人员伤亡,大约造成了数千人的死伤。
很多人都奇怪,双子塔到底是怎么倒塌的?飞机撞击的位置在大楼顶部,为什么整座大楼会像多米诺骨牌一样垮塌下来?
据事故调查报告显示,双子塔的倒塌其实不是撞击力造成的,而是大量航空燃油燃烧产生的高温使钢结构失去强度倒塌的。
双子塔的结构全都是钢结构,这种结构的好处是建设周期短、刚度强,但也有一个致命短板,在高温燃烧时容易失去刚度。
当时的高层建筑外墙都是不承重的幕墙,双子塔却是另辟蹊径,在外墙排列非常紧密的柱子用来承重,摒弃了传统的方式。
这些钢柱平均宽度为45cm,间距为55cm,每根钢柱都包裹着防火材料,外表面都用铝板来装饰。再看看双子塔内部结构。
大楼内部的钢结构的核心筒来承重,筒内安装有电梯、管道井、楼梯等。内外管筒之间都是钢桁架连接,支撑着各层楼板。
由此可见,双子塔完全是一个钢结构建筑。如果不考虑超高温因素,这种钢结构的刚度和稳定性在当时确实是完美的设计。
当时双子塔的设计是考虑了横向风的剪切力的,那这个稳定性设计是否能抗住飞机的撞击呢?这个答案是毋庸置疑的。
据科学杂志介绍,第一架飞机的重量超过120吨,撞击一号楼的速度是630km/h,通过计算可知飞机对大楼冲力为3260万牛。
这是一个非常大的撞击力,然而一号楼并未被撞倒。原因就是大楼设计的最高抗飓风力为5840万牛,飞机显然是撞不倒的。
单从数据来看,飞机的撞击力仅为最大飓风力的56%。整座大楼没有被撞倒,但在96层处出现一个窟窿,飞机冲进了楼内。
由数据可知,飞机的撞击力不足以使大楼倒塌,大楼只是局部受损。
燃油才是大楼倒塌的主要“元凶”,在撞击发生时,飞机油箱中还储存着3万多升的航空煤油,燃油在楼层内引发爆炸和大火。
尽管大楼钢结构上包有防火层,但飞机撞击时防火层已被震脱落,仅有部分防火层在起作用,这才使大楼坚持了很长时间。
如果没有防火层,大楼会在15分钟内被烧塌。当时燃油燃烧的温度达到了1100℃,而双子塔的钢结构在425℃会开始软化。
在650℃时,强度和刚度会丧失50%。大火首先损毁钢柱与楼层间及钢结构间的连接螺栓,接着钢结构因软化而发生断裂。
最终导致大楼倒塌。倒塌的过程是这样的,先是最高的20层整体失去支撑而坠落,接着砸垮了下部90层已被损毁的钢结构。
综上,世贸大楼是被大火烧塌的,顶部的重量压塌了整座大楼。
难得解答一个涉及现实工作领域相关的问题。世贸大楼的倒塌,主要是因为大火造成钢铁承重能力急剧下降,无法承担荷载,使大楼整体垮塌。
首先我们要知道,世贸大厦双子塔是钢结构高层大楼。可能是因为中国大规模建设高层大楼是在911之后,中国高楼一般采用钢结构的比较少,近几年才增多一些,普遍采用的还是钢筋混凝土结构。
钢结构建筑和钢筋混凝土结构建筑的区别是,钢结构建筑单纯使用钢铁作为主要的承重主体,而钢筋混凝土结构则采用钢筋混凝土浇筑成的柱子、剪力墙等作为承重结构。
国内虽然钢结构大楼不算多,但其它钢结构建筑如厂房、体育场、机场航站楼、博物馆等还是非常多的。
(北京大兴机场航站楼,典型的钢结构建筑)
和很多人印象的钢铁坚固耐高温不同,钢铁在高温下强度会非常差。在175度以下,钢铁还能保持正常的强度。175度以上时,钢铁的强度会急剧下降,300度时,钢铁强度下降为正常强度的百分之七十,400度时,下降到百分之五十,500度时,下降到百分之三十,750度时,可以认为钢铁已经完全失去强度,像面条一样柔软。虽然钢铁到1500度时才融化,但750度时已经完全没有啥强度了。
钢铁的热传导性又非常好,在火灾时,会急剧升温并很快传导到相连接地方。一个裸露无防火措施的钢结构建筑,遭遇大火后可能十几分钟后就会倒塌。
裸露的单层钢结构房屋,遭遇同等火灾时,能坚持的时间肯定不如同样规格的木结构房屋,这点很违反常人的直觉。
911时,飞机撞击世贸大夏本身已经给双子塔的两座高楼以很大破坏,但不足以让两座大楼倒塌。两架飞机上携带有大量的燃油,燃油燃烧成熊熊大火,再加上大楼内的可燃材料,燃起的大火大楼自身的消防系统是没有能力短时间灭火。纽约的消防队也不可能对这种超乎想象的火灾有预案,付出几百名消防员的生命也无济于事。
(世贸大夏)
不过钢结构建筑也有很大的优点,钢铁防火涂料等技术的应用,也足以保证正常的防火性能。世贸大夏毕竟是一座很多年前修建的建筑,现在新建的建筑技术上肯定先进很多,也吸取了911的经验教训。
国内近几年也开始推行钢结构,钢结构大楼比起以前增加很多,有些住宅也开始采用钢结构。如厦门的帝景菀小区,5栋62层超高层住宅就采用了全钢结构。
(厦门帝景菀)
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