美国911事件,世贸大厦为何会‘垂直‘’崩塌呢?有不少人觉得这是定向爆破,但研究人员经过仔细分析之后,则认为这是一连串的连锁反应所致,其中至关重要的一项因素,就是大楼本身的结构。
垂直崩塌
世贸大厦的平面是一个边长为63.4米的正方形,整体采用的是套筒式设计(如下图),内筒是由47根钢柱和混凝土打造的超大电梯间,外筒是由236根高强度钢柱围合而成的外立面,大楼总共有110层、高度为415米。
大楼套筒式结构
该楼的楼板极为特别,设计师采取了架桥的方式,也就是先用大量的钢桁架,搭建于内外筒的钢柱上,而后又在上面铺上了10厘米厚的水泥板地面,为了实现宽敞通透的效果,楼板之间没有再增加任何承重柱。
架桥的楼板
楼板
2001年9月11日,上午8点46分40秒,一架满载燃油的波音757飞机,以大约每小时790公里的速度,一头撞向了世贸大厦的北楼,撞击的位置在大楼北方94至98层之间,此飞机的重量大约有115吨,在巨大冲击力和爆炸的共同作用下,大楼直接被轰出了一个30多米宽的大洞。
飞机形状的大洞
外立面的部分承重钢柱被瞬间冲断,内筒的部分承重钢柱被瞬间挤弯(如下图模拟),这几层的楼板全部遭到了严重的破坏,楼板钢桁架上的防火材料被大量剥落,整个楼体晃动了近1米,随后上面那十分之一的楼体重量(大约有45000多吨),全部压在了其余的承重钢柱上,虽然已经受力不均,但上面的楼体并未立即坍塌。
外柱冲断,内柱弯曲
不过接下来发生的事情,就相当致命了!由于飞机满载了42000升的燃油,在其解体的一刹那,燃油被泼洒的到处都是,并被迅速引燃,航空燃油充分燃烧的温度为980度,因为是在室内燃烧,故而温度会略低一些,这样的温度虽然无法融化钢材,但却能使其软化。
研究人员通过测试得知:当钢材被加热到500度时,强度会损失38%,加热到600度时,强度损失会多达62%。
钢强度测试
9点02分54秒,北楼的大火还在疯狂地燃烧,就在这时,另一架满载燃油的波音767飞机,突然以大约每小时950公里的时速,一头冲入了南楼的78至84层之间,由于这架飞机更重,装的燃油更多,所以造成的破坏也就更为严重,随后,撞击之上10多万吨的楼体重量,都压在了未被破坏的钢柱上。
南楼被撞,位置较低
随着烈火的持续炙烤,那些承重的钢柱或许还能再坚持一些时间,但楼板的钢桁架很快就不行了,它们先是受热膨胀,而后又软化弯曲,负载能力随之急剧下降。
钢桁架向内弯曲
楼板多米诺效应
9点59分,后被撞击的南楼,一些楼板突然向内坍塌,上面巨大的楼体进而被撕裂,超重的分量几乎垂直往下砸,多米诺效应就此产生,伴随着重量的不断累积,在短短的8秒钟内,所有的楼板都被冲得粉碎,承重柱也全部被拽断或撕裂。
崩塌
断裂的钢柱
虽然北楼是先于南楼被撞,但由于撞击的位置较高,上面的重量相对要少一半,所以北楼是在南楼坍塌之后才崩溃。
那么附近的7号楼(如下图位置),没被任何飞机撞到,为何后来也坍塌了呢?研究人员通过全面模拟证实,倒塌的原因也是由于火灾。
7号楼
在世贸北楼坍塌的过程中,掉落的碎片在7号楼的10层位置引发了大火,因为世贸坍塌破坏了水管,致使7号楼的灭火喷淋无法使用,大火在这里持续燃烧了7个多小时,而7号楼同样也是钢结构框架,楼板钢结构也是被烧得发生了软化,最终因不堪重负而瞬间土崩瓦解。
7号楼崩塌
总的来说,这套分析的确有一定的道理,当然,怀疑者依旧有自己的看法,不管怎么说吧,反正大楼终究是倒了,这确实是美国人永久的伤痛,毕竟有2753人,在大楼被撞和崩塌的过程中丧了命。