911事件中双子塔只是被撞了顶部,为什么整座大楼会坍塌,不是应该只是崩塌顶上的那一部分吗?
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我是萨沙,我来回答。
世贸大楼不是被撞倒的,而是被烧倒的。
大家注意,拉登也是知道世贸大楼的坚固程度的,所以使用2架飞机先后撞击了两栋楼。
看来,拉登的目的就是让世贸大厦严重受损。
奇怪的是,被撞击1个半小时内,世贸大厦大体完好。
随后却突然倒塌,造成3000多人死亡。
很多人对此百思不得其解。
因为撞击大厦其中一架飞机,是庞大的波音767,于上午8:46撞击北楼96层。
当时它的速度还是比较快的,预计至少在630公里的时速。
然而,世贸大厦在如此沉重的撞击下,竟然顶住了。
后来计算,专家计算飞机对大楼的冲力为3260万牛顿,而大楼结构设计是可以抵抗飓风的5840万牛顿。虽然飞机撞击比飓风厉害的多,但大楼还是支持住了,没有因为撞击而倒塌。
飞机冲入大楼,撞断了35根外墙钢柱,但150多根外墙柱和内部核筒都未受破坏,大楼96层以上的楼层重量依然还被支撑着。
可惜,当时波音767并没有飞出多远就被劫持。该飞机可以运载50吨燃油,当然还剩下大部分燃料。
撞击时,世贸大厦虽然没有当场倒掉,然而有3层楼受到严重破坏,支撑的大部分钢柱损坏。
同时几十吨燃油沿着楼层流到电梯井和管道井里,在整个建筑的上半部分引发了大火。
航空汽油不用于普通燃料,它可以产生高达1200度的高温。
普通钢铁在这种温度下,最多10到15分钟就会变形,扭曲,导致大楼垮塌。
好在,大楼钢柱都包有防火的隔热层。
在如此高温的烧灼下,隔热层和钢柱支持了1个半小时。最终楼层支持钢柱被烧软,无法支撑上面几万吨的重量,导致断裂。
可见,世贸大厦本身的设计还是过硬的。在当时,它已经是老建筑了,却仍然算得上非常坚固。
这次世贸大厦的倒塌也超出拉登的预料,后者本以为只是会撞坏一部分而已。
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简单地说就是由于纽约双子塔承受不了极高的温度而坍塌。
2001年9月11日上午8时45分,一架美航波音767型的11号班机的起飞重量达160吨,直接撞击纽约世贸中心北塔。约18分钟后,又一架联合航空175号班机,机型为波音757型,起飞重量为100吨的飞机,几乎拦腰撞击南塔。北楼被撞处以上的楼层里的1344人没有任何逃生办法。175号班机的撞击比11号班机偏离,因此还有一处楼梯可以使用,但是在南塔坍塌前,只有少数人侥幸脱逃。在大火燃烧56分钟后,南塔坍塌。北塔则在燃烧了102分钟后坍塌。
这两款飞机的速度约为1000千米/小时,也就是约277.8米/秒。则北塔所承受的动量=mv=44448吨 ·米/秒,而南塔所承受的动量则为27780吨 ·米/秒。这相当于1000吨烈性炸药的当量。然而双塔在遭遇撞击后,尽管两架飞机都几乎没入其中,却没有出现顶层的倒塌,是其设计和材料的优势。
纽约世贸中心的双子塔表面上是日本建筑师山崎实设计的,但是在施工时却是按照1968年新起草建筑标准建设。法茨拉·卡恩发明的管状结构比支柱分布在建筑物内的传统设计允许更开放的层楼设计。双子塔的每边都有59个钢柱,地板与外墙的拱间通过粘弹阻尼器连接,每层的拱间传递剪应力,这些都使得建筑内的人减少震荡,一起分担横向力。在设计阶段,设计者确实考虑到了飞机因失事而撞击双子塔的可能性。1945年一架飞机就曾经撞进帝国大厦,设计者在设计之初,就把双子塔设计成能够承受当时最大的商务飞机波音707对塔的冲击力。
而双子塔的坍塌呈现出了类似爆破的形态,坍塌从楼体的中心垂直落下,而不是横向倒塌,可以看出是建筑结构的爆破而粉碎,无法支撑楼面的重量。世贸中心的边长为63.5米,呈正方形,则每层的建筑面积则为63.5*63.5=4032平方米。而如果除去墙体的厚度所占的面积,以及约一般大楼建筑面积达1/5到1/4的电梯井面积。也就是大约每层3000平方米的面积。而波音767机型的满载油量是45吨,而757机型则为30吨。
当30吨-45吨的燃油在飞机撞击双子塔后倾泻出来,在猛烈的撞击中迅速燃烧,足以将楼层的易燃易爆物品一起点燃。燃料产生的大火,使得楼层几秒内就能使温度升到1000℃到1200℃之间,所产生的热量使双子塔外露的钢材受到火蚀。
在高温中,轻型桁架楼盖系统开始下陷和变形。桁架与柱体之间的螺栓连接开始松动。在拉力的作用下,柱上的螺栓节点连接失去作用,连续三层到5层的端部锚板螺栓固定件被拉松,导致其他完整的外部箱型柱失稳。随后柱子开始出现摇晃,撞击面以上的楼层发生坍塌。
双子塔缺少一个中心的实心承重柱,通常,当一个建筑里应用了中央承重柱或者内部柱支撑时,会砌筑一堵墙,而双子塔则采用的是开放式楼面设置,无法实现缓冲阻挡效果。由于不能承受负荷,10到30个楼层像多米诺骨牌一样,一个接一个坍塌。大量的碎石就像锤击桩活塞锤在箱型格钩柱上,使得剩余的楼层都遭到破坏。
剩下的两侧外围承重的钢柱也随之软化,双子塔共用钢材19.2万吨,数十层楼层估计至少有2万余吨的重量,加上办公桌椅以及其他杂物和人的重量则远不止这个数。撞击北塔的客机侧翼以45度角完全撞入,所以北塔是垂直坍塌。而南塔的撞入飞机虽然没有侧翼角度,但飞机机翼从里向外划破楼体一侧,撞击有点偏向楼体外侧,不是完全将楼面镂空,因此南塔坍塌时是略微以15度角倾斜坍塌。
在事后双子塔的废钢测试中,尽管发现钢材都涂有部分保护层,但却已经找不到一块完整的防火涂层。这说明在撞击中形成的强大气流吹走了钢材上的防火材料,一旦防火材料不能完全包裹钢材,就失去防火效果。而且防火材料知识简单的喷涂在钢结构的松弛铁锈上。若防火材料能够无死角地进行喷涂和保养,双子塔还可以维持更长时间才坍塌,争取更多的逃生时间。这又是一个细节没落实到位的悲剧。
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911事件已经过去18年了,在给美国带来巨大伤痛的同时,也给世界留下了很多谜团。其中双子塔只是被撞了顶部最后却导致整座大楼倒塌也困扰了不少人。其实这个问题和建筑力学有很大关系。
下面分析一下具体原因:
纽约双子塔是美籍日裔设计师山崎实于1966年设计,最终于1973年建造完成,整个建筑是用钢架构,而非一般人所了解的钢筋混凝土。更具有讽刺意味的是该建筑是由沙特最大的建筑建造商本拉登家族承建的,没看错,就是911事件幕后策划者本拉登所在家族。
上世纪60年代的美国除了有和苏联开战的威胁,国内一片祥和,根本不会有大规模恐怖袭击的风险,所以当年的建造规范和标准根本不需要考虑反恐因素,更不用说大型客机故意撞击的可能,而且当年的建造材料和工艺也无法和今天媲美。
双子塔分为南北两座楼,高度分别为417米和415米,楼层都为110层,但当时北楼是被满载69吨航空燃油的波音767大型客机以每小时490英里的速度撞击,撞击部分为94~98之间,南楼则是被满载燃油的波音767飞机以每小时590英里的时速撞击,被撞部分为78到84层之间。都不是最高层部分被撞击。南楼被撞击部分离最高层至少还有26层近百米高度,当建筑物钢架构被撞击后在大量燃油作用下持续燃烧,现场温度一度达到上千度高温,而一般钢材只能承受500多度高温,如果在没有消防灭火条件下只能支持15分钟,钢材严重软化变相加上上面还有上百米的建筑压力,南楼坚持了将近57分钟时间终于不支倒塌。
南楼由于撞击飞机时速更快约100英里,而且被撞击楼层更低,加上当时消防系统还未更新,而北楼消防系统已更新,所以虽然被撞时间比北楼更晚16分钟,但却比北楼更早约半小时倒塌。
虽然双子塔分为南北两座塔楼,但地下部分却是连成一体,以便共同受力,一起承担。在南楼倒塌以后,由于共同受力的因素加上北楼也遭遇恐怖袭击情况下,北楼也在被撞击102分钟之后倒塌了。
单纯撞击并不容易导致这类庞大坚固的建筑大楼倒塌,真正原因在于大量燃油被撞击点燃持续燃烧,产生的高温导致钢材软化变形,加上上面楼层的压力,导致了南楼先倒塌,由于南北两座楼地下部分连在一起,互相承受压力,在压力共同作用下,使得北楼也难以幸免。
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911北座大楼撞击部分在88-94层间,南座大楼撞击位置在78-84层间,所以撞击的不都是顶部。
北座大楼撞击位置接近顶部,但南座大楼是在中间偏上的位置
但结果是一样的,两座大厦都塌了,所以大楼的坍塌可以认为不是运气差。飞机撞击大厦后带来了两部分能量,一个是飞机本身的撞击动能,动能几乎100%被大厦吸收了,由于钢弹性模量高,应力传递也比较好,相当于整栋大楼都跟着做震动来吸收这个动能,这是好事,相当于应力分散了;但飞机本身携带了大量燃油(估计又3.8万升),撞击后立刻燃烧,由此演变为无可控制的火势。大家都知道现代的大厦其实都是钢筋混凝土以及钢架子的结构。虽然钢的熔点很高,但钢铁在高温下的机械特性和常温是有很大差别的,在高温下,即便钢铁不融化,也会变软。所以反复摇晃增加的内能以及持续一个小时以上的火势引起的高温,足以使钢筋和钢架变软变形,起不到支撑作用。
世贸中心的设计师是美籍日裔设计师山崎实设计,在设计之初,他就考虑了大厦受到飞机撞击的可能性,因为以前就发生过美军轰炸机误撞帝国大厦的事故。说明这个设计师其实还是很严谨的。世贸中心南、北大楼均由钢兴建,其支撑点设于大楼中间来加强结构强度。但我估计设计者显然没有把飞机的燃油这一项给计算进去,仅仅是单纯地计算了动能。而如果把波音767的燃油也给计算进去,恐怕当今人类还没有这样的技术,能够在撞击+燃油持续燃烧的情况下撑着不倒。所以这也不能怪设计师。
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双子塔不是被撞倒的!而是被烧倒的!
当时的恐怖份子,估计也没想到,双子塔会永远地消失!
灾难中也证明了,光是凭借飞机的冲撞,大厦是不会造成毁灭性的伤害!最终坍塌的原因,全都是来自于一种特殊的燃料~航空煤油JET-A1。
(图片来源网络,侵必删)
双子塔,曾经一度是纽约的地标性建筑,也是美国人的骄傲!于1973年建成,钢结构,共有一百层,分南北两座大厦。
恐怖袭击当天,一架飞机撞向北塔94至98层之间,另一架撞向南塔78至84层之间。被撞一个半小时后,大厦突然坍塌。袭击共造成,大约3000人死亡!
从上面的描述可以看出两个重要的信息。飞机的撞击点,都位于大厦上部!撞击发生一个半小时后才突然坍塌!下面,我们就围绕这两个问题来讨论!
撞击双子塔是有设计抵抗冲撞能力的!
世贸双子塔由 LERA 公司设计。事后LERA 公司设计师解释道:如果一架波音707在大雾中迷航,偶然撞上了双子楼,我们的设计可以抵御这种撞击。即使是被恐怖分子夺取的波音767,虽然体型更大、飞行速度更快,依然不能靠撞击来摧毁双子楼。
大家可以思考,就算是双子塔承受不住飞机的撞击,也只会出现局部损坏。撞击点这么靠上,损坏的也只可能是撞击点附近和上层建筑,不会整座大楼被完全摧毁。
坍塌正常情况下,撞击后的大楼,都是因为撞击处结构、材料发生变形,承受不住重力而倒塌。拿双子塔来说,也应该是上部结构缓慢倒塌,至少下面几十层不会有太大的损害。然而,事实是,大厦整体突然漰塌。
(图片来源网络,侵必删)
这些疑点,显然不符合常理!出现整体坍塌,说明大楼整体结构都发生了改变!而单纯的飞机撞击,肯定是达不到如此的破坏力度!那么,在大厦撞击至坍塌的一个半小时,大楼到底经历了什么?
大火、高温才是真正的帮凶!
飞机撞击,紧随着而来的就是飞机爆炸,引起的熊熊大火!
燃油数量
恐怖份子劫持的是波音767大中型客运飞机!其油箱的最大燃油容量为63217公升/91380公升。从美国机场起飞没多久就被劫持了,可想而知,两架飞机中的燃油数量至少在25吨左右!
燃油特性
前面提到了,飞机所使用的燃料是航空煤油,这是种特殊性质的专用燃料。它的自燃温度超过425℃,最大燃烧温度可以到980℃,具有稳定,连续,完全燃烧的特点!也就是说,它不容易自燃,但是烧起来后就很稳定,属于持续性能很高的燃烧!
飞机的撞击,使得油箱破裂,燃油延着楼层流到电梯井、管道井,从而遍布整座大楼!持续大火的高温,对大楼整体钢结构的支撑产生了重大的破坏,再坚持了一个半小时后,最终不堪重负,突然坍塌。
(图片来源网络,侵必删)
其实,对于1973年建成的双子塔来说,能坚持一个半小时才塌坍,可以说工程质量上已经非常好了!如果只按照,高温对钢结构的直接破坏来说,使钢结构失去作用,只需十几分钟就足够了!坚持这么久,得益于它内部的防火材料!
911的恐怖历史已经过去19年了!对于有的人来说,无关痛痒,而对有的人来说,却是终身难忘!不管怎么说,希望世界和平,人类安稳!
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