深度解析紐約世貿雙子大廈坍塌的原因 #911
1973年,美國紐約世貿雙子大廈
以530米的高度矗立在曼哈頓
它不僅是紐約最具標誌性的建築
還是當時世界上最高的摩天大樓
同時也代表了摩天大樓結構設計的新記錄
但遺憾的是
在2001年
它成爲了恐怖襲擊的犧牲品
本期視頻將揭開雙子塔背後的祕密
帶大家看看它的設計和建造過程
以及它坍塌的真正原因
紐約世貿雙子大廈結構高度417米
加上北塔天線高度爲530米
擁有地上110層樓
建築面積爲74萬平米
可容納5萬人
總投資約7億美元
爲了打造這座雙子大廈
日本設計師山崎參考了紐約帝國大廈的設計
帝國大廈高371米
採用混凝土加鋼隔山結構
外部用堅固的石灰岩將塔樓包裹
但是它的使用面積卻不足20萬平米
而雙子塔則需要更多的使用空間
爲此山崎通過竹子空心支撐的原因
將塔樓設計成一個超強的空心結構
其主要荷載都分佈在外圍牆體之上
每棟塔樓由236根空心鋼柱支撐
其內部是縱橫交錯的鋼板
膠住了近百萬噸的混凝土
在北塔頂部還設有一個長113米的通信桅杆
爲了探究鋼結構是否具有足夠的承載能力
現代工程師在911紀念博物館裏找到了當時殘存的鋼柱
柱子的外形由下往上呈現三叉狀
大廈不僅在建築上是空心的
其鋼柱內部也是空心狀態
爲了減輕重量
鋼柱的底部厚度爲10釐米
在最高處逐漸變薄到2釐米
並且爲了滿足5萬人同時進入大樓
工程師在雙子塔上設置了兩個空中大廳
人們可以通過這兩個特殊樓層
從高速電梯切換到區間電梯
讓多部電梯共用一個電梯井
以此增加大樓的使用空間
塔樓的結構越往上越輕
這也是雙子塔能夠建到417米高的根本原因
從結構上來說
這種方法可以讓大樓建得更高
但是卻存在消防安全上的隱患
1966年雙子塔開工建設
爲了防止地基開挖時發生坍塌
工程師採用地下連續牆工藝
在工地邊緣挖掘溝槽並澆築了混凝土牆
待混凝土凝結之後
工人們就可以進行基坑的開挖
經過兩年的施工
基坑工程順利完工
塔樓的上部結構也開始建設
但是工程師也即將面臨更大的挑戰
這是曾經的世界第一高樓
紐約世茂雙子大廈
它是世界上第一個不使用混凝土城中的摩天大樓
不僅在建築上是空心的
其外部鋼柱也是空心狀態
而這種純鋼結構支撐的摩天大樓
要怎麼抵禦地震和強風的作用呢
1968年
世茂雙子大廈在開工兩年後
塔樓的地基工程已經完工
其地面工程也進入到了施工階段
雙子塔的上部結構
採用236根空心鋼支柱支撐
每一面外牆都有59根鋼柱
寬度爲36釐米
鋼柱之間的間距爲66釐米
在塔樓的中心還設置了47根加強鋼
它與外部鋼柱共同承擔塔樓的所有重量
每層樓的底板用1.5米寬的鋼板搭在柱子之間
並用鉚釘連接內柱和外柱
以此將整個結構固定在一起
並且還創造出了巨大的開放式樓層
但是這種未來主義的清新結構
在面對時速160公里的強風時
如果塔樓晃動太過嚴重
就可能會切斷鋼材
或者將電梯卡在豎井內
爲此工程師決定對雙子塔進行風洞實驗
而它也是世界上第一個進行風洞實驗的摩天大門
20世紀60年代
世貿雙子塔的工程師們
建造了有史以來第一個建築風洞模型
經過測試
當風速達到240公里每小時
建築的結構並沒有遭到破壞
但是它的擺動幅度達到了2.5釐米
換算到全尺寸的建築上就是12米
而這對於建築內部裏的人和結構
都是致命的威脅
爲了減少搖擺幅度
工程師設計了一種特殊的減震器
它能將晃動幅度減少至0.9米
每棟大樓安裝了1萬個減震器
這也是世界上最早的摩天大樓組合器
1973年
紐約世貿雙子大廈順利完工
它不僅在設計上極具創新
還在結構上打破了傳統
更是一件現代建築的傑作
工程師通過不斷研究和技術突破
爲大樓內部5萬人的安全提供了保障
但是有些威脅卻是設計師們都意想不到的
2001年
美國911事件的悲劇
第一次讓摩天大樓的風靡陷入了恐慌
同時也革新了超高層建築的新規範
事發當日恐怖分子劫持了波音767飛機
以600公里每小時的速度
撞向世貿雙子塔北塔
在17分鐘之後
另一架波音767又撞進了南塔
千餘人在撞擊的瞬間喪命
而當時大樓裏還有着1.7萬人
大樓在被撞擊兩個小時後相繼坍塌
那麼究竟是什麼原因導致強度極高的大樓
僅燃燒兩個小時就無法支撐喝載呢
1973年
紐約世貿雙子塔建成
並以530米的高度成爲當時世界最高大樓
而它也開啓了命運多舛的經歷
在1975年
僅開放兩年的北塔
在一次電力故障中導致六樓起火
幸運的是當時大樓裏並沒有人
消防員也及時趕到現場控制了火勢
在20年以後
一次影響更大的事故又發生在北塔
恐怖分子在北塔的車庫內
安置了一枚550公斤的炸彈
炸彈爆炸後引起了驚人的衝擊波
但是雙子塔依然屹立不倒
可見其建築結構非常的穩定
但是在2001年9月11日
雙子塔北塔又又又一次發生了事故
而這一次雙子塔卻沒有再逃過被摧毀的命運
9月11日
上午8點46分40秒
恐怖分子劫持飛機撞向雙子塔
大樓的1萬個阻尼器吸收了衝擊的能量
即便大樓嚴重受損
中空的骨架依然支撐着整棟大樓的重量
但是災難並沒有結束
飛機攜帶的7.5萬升燃油
順着大樓電梯緊流到了其他樓層
火勢蔓延的速度出奇的快
在劇烈燃燒兩個小時之後
南塔在10秒鐘內轟然坍塌
半個小時之後北塔也隨之倒塌
隨後經過調查組分析發現
雖然雙子塔都是全鋼結構
其強度非比尋常
但是這一設計也隱藏着潛在的問題
大樓底部的支撐柱厚度爲10釐米
隨着高度的增加
頂部的鋼柱厚度僅爲2釐米
爲了讓這些鋼材免受火災影響
工程師在其表面噴塗了防火層
但是這一保護層很薄並且很容易脫落
當飛機撞擊大樓時
巨大的衝擊力使得防火層脫落
外部玻璃幕牆也大範圍的爆裂
這也助長了火勢的蔓延
而極度的高溫使得樓層鋼板軟化
並導致它不斷向下彎曲
高溫同時也弱化了固定結構的螺栓
最終樓板一層疊一層的迅速往下坍塌
造成美國史上最黑暗的一天
雖然世貿雙子塔在設計和結構上堪稱建築傑作
但是它依然存在着致命的漏洞
設想一下如果沒有恐怖事件的發生
你們覺得這兩棟大樓還能屹立至今嗎
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