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1、世贸大厦倒塌的结构学分析听单建老师相关报告有感姓名：吴锡鲁 学号： 03107608 听了单建老师的讲座， 感觉收获极大。 单建老师深入浅出的就工程力学中的结构之趣进行了分析， 尤其是通过很多的实例， 充分的与具体工程相联系， 让大家能充分理解工程中的力学原理，并且将力学灵活运用到实践中去。在其中， 我对单建老师提到的世贸大厦在遭受恐怖袭击倒塌事件中结构力学的原理最感兴趣。 对于世贸大厦的倒塌真想也是抱有很大的疑问， 一幢设计如此严密的大楼怎样会如此干脆而又脆弱的倒塌， 为什么是在燃烧如此长时间后才最终倒塌， 在这一个小时里究竟发生了什么。这些疑问促使我对其进行了深入的学习和讨论。说到世贸大厦
2、的倒塌， 就不得不说道高层建筑， 随着建筑技术和材料科学的进步， 高层建筑在世界各地迅猛的发展，特别是在大城市，超大城市，很多高层、 超高层建筑已经成为一个城市的标志。 世贸大厦作为美国经济繁荣、 信心永存的象征， 一代代美国人已将它看做世界的基石和擎天柱。 2001 年 9 月 11 日，美国本土受了建国以来最大的恐怖袭击，世贸大厦双子楼遭两架飞机撞击在很短的时间内相继倒塌。 除了官方发布的所谓的 “恐怖分子炸弹搭配飞机” 的无聊说法意外，专家普遍认为， 世贸的倒塌不是飞机撞击的后果，而是由于飞机所携带的航空燃油燃烧导致的。 航空燃油的燃烧不仅仅破坏了大楼的外部维护结构， 更对大楼的总体结构
3、造成了破坏，连锁反应下导致了悲剧的发生。首先，高层建筑的特点决定了火灾危害的严重性。高层建筑的高度大、层数多、人员集中。这个特点使火灾时的安全疏散和消防队扑救产生了很大的困难。高层建筑的功能复杂、设备繁多、装修量大，从而带来了大量的可燃物和着火源，有时还影响疏散通道的流畅，增加了火灾发生和蔓延的可能性及疏散的困难性。高层建筑内各种竖井林立，很容易造成烟火的迅速扩散并增加人员的伤亡。高层建筑所承受的风力大，增加了失火的可能性和助长火势的蔓延。 同时， 高层建筑遭受的雷击次数也较多， 这也是引起火灾的一个原因。纽约世贸中心是个建筑群，由 7 座建筑物组成。核心部分是两座 110 层，各高 417
4、米、 415米的摩天大楼。大楼有 84 万平方米的办公面积，可容纳 5 万名工作人员，同时可容纳 2万人就餐。其楼层分租给世界各国多个厂商，还设有为这些单位服务的贸易中心、情报中心和研究中心。在底层：厅及 44、 78 两层高空门厅中，有种类齐全的商业服务。楼中共有电梯 104 部，含 23 部高速电梯，地下有可供停车 2000 辆的车库，并有地铁在此经过、设站。 一切机器设备全由电脑控制， 被誉为 “现代技术精华的汇集” ， 是早期的智能型大厦。而越是智能的东西有时候却越会引起更大的故障。恐怖事件发生时，波音 757 和波音 767两架客机前后撞上世贸大厦姊妹楼并引起了火灾，导致了大厦的坍塌
5、，造成了大量的人员伤亡，据统计，失踪的人数在 6000 人以上。更重要的事结构的设计使得建筑本身难以承受这种火灾。高层建筑中钢筋混凝土或钢构件在火灾温度作用下其内部力学性能便相应发生变化。以钢筋混凝土结构而言，当受热低于 4OO时， 混凝土和钢筋尚能共同受力， 但温度过高则受力情截流法又分为包封法、屏蔽法、水喷淋法、喷涂法等。疏导法允许热量传到钢构件上，然后设法把热量导走或消耗，从而使构件温度不至于高到临界温度，以起到保护作用。钢结构的防火处理方法并不是单单用上面的某一种方法，而是采用多法结合作用。一般以喷淋法为第一道防线，以包封法和喷涂法为第二、第三道防线等。因此说，世贸大厦倒塌与其机构有着
6、密不可分的关系，首先，飞机的撞击不是世贸大厦倒塌的直接原因。据了解，世贸中心两座塔楼都是采用框简结构体系，外圈为密柱深梁简体，由 240 根钢柱组成，框距 1 O2 米。内部核心区为 47 根钢柱形成的框架，用以承担重力荷载。框筒柱采用 450 毫米 450 毫米方管，从上到下，外形尺寸不变，靠改变壁厚来适应不同的受力条件。总用钢量为 19 2 万吨，为了增强框筒的竖向抗剪强度，减少框筒的剪力滞后效应， 利用每隔 32 层所布置的设备楼层， 沿框筒各设置了一道 7 米高的钢板圈梁。 结构动力特性分析表明： 其基本周期为 10 秒， 极大风速下结构顶点的侧移值为 1 02 米。 自 1973年建
7、成的统计分析表明，记录到的阵风作用下的结构顶点侧移最大值为 0 46 米，表明结构顶点侧移角仅为 1 890， 它足以说明框简体系框抗侧力的高效性能。 其实， 在这次撞击、坍塌之前，世贸中心：大厦在 1993 年 2 月 26 日就曾遭受过恐怖主义的袭击。当时，放在地下停车场的一颗威力巨大的炸弹爆炸，造成了 6 人死亡， 1000 多人受伤，但世贸大楼仍然安稳不动。大楼在设计和建设时均考虑到了飓风、地震、自身承重等可能给楼体造成破坏的各种因素，同时对非自然因素 (如爆炸 )也予以考虑。可见，飞机的撞击并不是大厦倒塌的直接原因。正如郑炳旭说所，无可否认，用钢结构砌成的世贸中心摩天大厦是非常成功的
8、，没有丝毫技术上的缺陷，虽然经过近三十年的日晒雨淋，风吹雨打，抗震能力非常强，飞机撞击也只是穿了一个洞，倒塌只是在一个小时后才发生的事情。所以说，撞击本身只是大楼倒塌的一个诱因，飞机撞击后发生的火灾才是是发生倒塌的直接原因。两架客机前后撞上世贸大厦姊妹楼，由于这两架客机起飞不久，客机油箱分别携带着 30 吨和 45 吨左右的燃油两架客机先后撞向世贸大厦后引起了爆炸，同时燃油向大厦底部流淌，火势向下蔓延，燃烧不久，高温致使大厦承重的钢结构熔化，再加上大楼内部可能的爆炸。同时，大火隔断了被撞楼层的上下联系。并使一些地板开始垮塌。这些地板都是：叩固水泥地板，非常沉重，所以一旦倒塌砸向另一层时，就发生
9、了多米诺骨牌效应，层层相砸，直到整个大楼彻底倒塌。当然，有人认为，世贸大厦内部建材上的防火材料存在严重的质量问题，大到支撑整个大楼的水泥钢筋支架， 小至门栓或插销上的防火材料都存在脱落或者喷涂不充分的现象，这也是一个不争的事实。十几年前，世贸大厦防火材料中的石棉问题曾引发过一场官司，有关人员在调查取证时拍下世贸大厦内部建材的照片，人们可以看到，支撑大厦的主要支柱上的大片防火材料已消失得无影无踪。在 1986 年至 2000 年，有关人员曾对世贸大厦内部多个楼层进行了实地考察，发现一些支撑大楼的纵横交错的钢筋上没有喷涂任何防火材料， 而另一些建材上也只喷了薄薄的一层。 可见， 世贸大厦在防火材料
10、上很可能存在问题，但即使没有材料或施工上的问题，飞机所携带的航空燃油，燃烧时温度高达 1000 度以上，这样的高温远远超出防火材料的耐火能力，大厦的倒塌也只是时间问题而已。因此说，这次巨大的事故折射出的是结构设计对于建筑安全的重大意义。由于自身的特点，在发生火灾时很容易导致严重的人员伤亡和经济损失。所以防火设计如同抗震设计一样，是设计人员所不容忽视的一个问题。世贸大厦的倒塌的直接原因正是火灾，它不仅仅是恐怖事件，同时也向建筑行业提出了挑战。 2001 年 9 月 14 日在北京召开的“第二届城市综合减灾与可持续发展研讨会”上，与会专家达成共识：惟一的根本解决办法是人类自己增强防患意识并强化设防。以往的建筑安全只限于防御天灾，比如防风、防地震。此次美国遇袭事件，人祸造成比天灾更为严重的后果提醒了人们，建筑安全还要加人防“人祸”的内容。不仅仅是防恐怖袭击或是意外事故，更是要牢记结构设计过程中，不仅仅要卯足基本的公用，更要保证在危机情况下的安全问题。世贸大厦虽然最终倒塌，但一个小时的逃生时间也大大的减少了伤亡，因此说，这也是不幸中的大幸了。
