根据科学研究,是什么真正导致了双子塔的倒塌?

时间:2021-10-05 08:43:19   作者:
最主要的原因是缺乏消防安全,尽管被飞机撞了也无济于事。如果你看看塔楼倒塌前的照片,你会发现它们严重受损,但仍然屹立着,(最重要的是)极度着火:

是什么真正导致了双子塔的倒塌

大楼里的灭火系统冗余度很低,被飞机撞了,压力下降导致系统几乎完全失效。

这是至关重要的,因为外部的柱子是由一系列轻型桁架楼板托梁固定的。这是一个很好的图片,从它安装时的样子:

是什么真正导致了双子塔的倒塌

这使得建筑的平面布局完全开放,没有柱子,但如果发生重大火灾,就会造成严重的灾难性故障。你看,这些外部柱子相对于他们的尺寸来说是相当薄的,地板桁架被夹住在适当的位置,以把它们固定在建筑的核心。没有楼板桁架,外墙就无法承受建筑的重量,会向内塌陷。

这就是所谓的薄壁屈曲。这是你每天在饮料罐上都会经历的事情,但也会发生在更大的建筑上,包括摩天大楼。大型储罐通常是最引人注目的例子:

是什么真正导致了双子塔的倒塌

中间支撑有助于防止这种情况的发生,因为它缩短了墙体的弯曲长度,通常情况下,这种情况不太可能发生。你可以在上面的图片中看到损伤是如何在这些外部肋骨之间发生的。

由于地板是由轻型桁架支撑的,而这些桁架有很大的表面积来吸收热量,它们被建筑大火加热得异常迅速。这导致它们迅速失去刚度并开始下垂,这不仅减少了外墙的支撑量,而且积极地向内拉,因为桁架被夹在了适当的位置。

虽然飞机坠毁造成了严重的结构破坏,但失去地板支撑是至关重要的——它造成的强度损失类似一根柱子被切断,但范围更大。

薄壁截面屈曲方程如下:

是什么真正导致了双子塔的倒塌

看到公式的底部了吗?由于失去了3层的支撑,外柱的长度是原来的4倍,屈曲强度是原来的1/16,下降了94% !与我们的直觉相反,由于火势如此广泛和强烈,火灾比最初的冲击损失更具灾难性。

从技术上讲,这是一个设计缺陷——但这是一个有点重载的术语。

值得注意的是,大楼里的洒水装置实际上是符合规范的,与设计相比有多余的容量(见第一个NIST引用)——问题是规范的要求设计不足。9/11灾难的严重程度使得土木工程师们对单个摩天大楼和更广泛的基础设施的消防安全进行了非常、非常仔细的研究,因为他们知道这种故障可能会造成不成比例的损害

既然我们知道这可能是个问题,而且我们已经看到火灾导致的坍塌是多么的灾难性,我们就会更加努力地防止这类失败。在老建筑中,消防系统已经升级,新建筑通常采用混凝土加固设计,以防止这种突然的、全面的倒塌。
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