《世贸大厦倒塌原因》由会员分享，可在线阅读，更多相关《世贸大厦倒塌原因（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浅谈世贸大厦倒塌原因及对高层建筑的思考2001年9月11日8：45（美国当地时间，下同），一个举世震惊的时刻，一架恐 怖分子劫持的民航飞机撞击世贸中心美国纽约摩天大楼北楼，大火燃烧后引发爆 炸。第二次9： 03,第二架飞机撞击南楼，同样大火燃烧引发爆炸，至10： 00和 10： 29，由于火猛温高至使南北大楼相继坍塌。霎那间，那块标志着美利坚繁荣 的地段，只留下一片向东飘去的浓浓黑烟和大量废旧钢铁，那未来超高层建筑的 去向如何?大厦概貌世界贸易中心是纽约的一个建筑群，由7座建筑物组成。核心部分是两座110 层，各高417m、415m的摩天大楼。予1966年开工，1973年竣工。大厦有84万平方
2、 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 界各国贸易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。 楼中共有电梯104部，含23部高速电梯，地下有供停车2000辆的车库，并有地铁 在此经过、设站。世贸中心的外圈结构为密柱深梁框筒，由240根钢柱组成，棰 柱距1. 02m。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450mmX450mm方管，从上到下，外形尺寸不变，靠改变壁厚来适应结构不同的 受力条件。总用钢量约20万吨，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，沿框筒各设置一道7m
3、高的钢板圈梁。 大楼顶部的风速按255公里/小时计算，所产生的风压达到了400kg/m2。为了防 止大风引起的振动和位移，世界贸易中心的第7层至107层的中桁架下面都装了减 振器。当最大风速时，测得顶部的位移量仅28cm。这对于人的感觉来说，已难以 觉察了。在防火问题上，世界贸易中心采用了石棉水泥材料防火，在裸露的钢结构上 部分全部喷涂了 3mm厚的石棉水泥防火层。为了防止高层建筑电梯井产生的烟囱 （拔风）作用，井四周设计成用防火墙及防火门包起来的安全防火区，安全区内备 有消防龙头供消防队使用，顶部的机械层放有一个容积为185立方米的水箱。 大楼的每个楼层都设有烟雾报警器。1975年，大楼落成
4、以后的第二年，11层曾发 生火灾，由于消防设备完善，可靠性良好，仅3小时就将火扑灭，损失很小。 倒塌探源“9ll事件”，在18分钟内，恐怖分子先后有两架大型客机撞向世贸中心大 楼，发生爆炸。被撞燃烧80分钟后世界贸易中心南楼坍塌。被撞燃烧82分钟后世 界贸易中心楼坍塌。至此，美国人及全世界痛失了“双子”经典建筑。17时20 分世界贸易中心楼群中47层的7号楼坍塌，这是“9ll”事件中第三幢被毁的建 筑物。为什么如此坚固的钢结构建筑在撞击及火灾下不堪一击呢?有一种观点认为：世贸大厦若是钢筋混凝土结构的话，将不会整体坍塌。世 贸大厦姊妹楼均为整体钢结构，钢结构的特点是垂直承重能力较强，侧向挤压承
5、受力相对弱一些。飞机撞击后，机上的航空油引发爆炸和大面积燃烧，燃烧温度 最高可达1000_C以上。如此高温，防火涂料层根本不起作用，楼体结构中的钢 材在高温下软化，导致撞击层以上楼层压力下坍塌，数千甚至上万吨的楼体像重 压机样压向下部楼体，面对如此巨大的侧向挤压力，钢材连接点断开，楼体结构 解体，于是整体坍塌。如果是钢筋混凝土结构，承受侧扁挤压的能力较强，受冲 击楼层与相近的几个楼层相信会遭重创，但楼体的整个钢筋混凝土结构不会解 体。也有专家认为大楼是外钢内砼的桶体结构,当飞机撞入大厦并起火的时候,被 撞击位置的钢结构受到高温的作用,经过一段时间后首先产生失稳,导致被撞击处 的内桶的砼结构对上
6、部结构的承载力不足,从而首先产生了被撞击处的坍塌.由于 上部结构竖向荷载的动力作用,其超过了下部结构的承载力,导致下部结构的内桶 的砼结构产生整体破坏,同时在下部结构外桶的钢结构的侧向稳定作用下,产生了 整体坍塌破坏。至于是否钢结构首先侧向解体，目前还不能确定。还有专家认为，世贸中心钢结构的钢柱非常密集，无论其建筑材料还是结构 设计都是当时世界上很先进的。大楼不仅经历了近30年的风雨依然完好，甚至这 次飞机的巨大撞击也未能使之立即倾倒。撞击大楼的飞机一架是波音757，起飞 重量104吨，另一架是波音767,起飞重量156吨，它们的飞行速度大约每小时1000 公里。可以想像这两架大型客机撞击大楼
7、的冲击力有多么的巨大。据目击者描述， 飞机的撞击使大楼虽然晃动了近lm,但无论是内部还是外部并没有严重塌落，这 是大量楼内工作人员得以逃生的关键。然而超高层建筑无法回避的固有缺陷，使之最终未能躲过彻底毁灭的命运。 超高层建筑必须使用钢材建造，它有一个致命的缺点，就是遇高温变软，丧失原 有强度。为避免因此引发灾难，建筑钢材上都涂有防火涂料等防护物，然而这样 低水平的防护，对于一般的小灾小火还可以应付，但遇到如此猛烈的火灾，钢材 防火涂层根本不可能应付。撞击大楼的第一架飞机为波音757，可载35吨燃油； 第二架飞机为波音767，可载51吨燃油。由于刚起飞不久，两架飞机所携燃油几 乎没有浪费地撤到大
8、楼上，引起熊熊大火。长时间猛烈的大火烧软了飞机所撞击 的那几个楼层的结构钢材，而它上部楼层约数千吨到上万吨的重量就自然压落下 来，像一个巨大的万吨压机压向下面的楼层，对下面的楼层结构的冲击力远远大 于其原先静止时的重力，下面的楼层结构自然难以承受，于是一层层垂直地垮塌 下来。因为第二架飞机撞击的位置较低，上层压力很大，所以不难理解为什么后 被撞击的那座大楼反而先倒塌。几点思考二十世纪七十年代前后是高楼大厦建筑的“黄金”时期。这一时期，摩天大 厦建筑充满了诱惑力，成为人类科技发展的见证史，是一个国家或地区经济强盛 和社会富裕的象征。自从八十年代以来，建筑高层大厦的热潮在发达国家消退之 后，逐渐已
9、移至亚洲。这与亚洲国家早期的落后，后来经济的迅速增长、以及城 市人口增长等因素密切相关。在今日的欧洲，高层大楼已不再是现代化的象征， 而只是一个时代的余音，或者被看做是某些跨国公司的营销手段。钢结构怕火， 而混凝土材料也怕火。超高层建筑的主体结构必须具有足够的耐火稳定性。超高 层建筑多依赖钢结构而构成，为提高其耐火能力，必须采取保护措施，如用耐火 材料包裹、喷涂石棉和防火涂料等。美国堪萨斯那银行大厦除对钢梁采用耐火包 裹外，还对承重空心钢柱采用更独特的处理，在其中灌注可防冻结和腐蚀的溶液， 火灾时溶液吸收钢柱热量后通过管道对流，其循环吸热保证了结构的安全性。如 采用钢筋砼结构，其墙、柱及现浇整
10、体式梁板，耐火能力较高，为避免预应力构 件中的钢筋在高温下变形，增强耐火能力，可加厚抹灰或以防火涂料保护之。各国还很重视房间的耐火分隔，加气砼因其轻质耐火，在各国高楼中普遍用 作隔墙。近年来，一些国家还研制了大型防火玻璃幕墙，可阻挡火的蔓延，其耐 火极限达到一小时以上，且透明美观，有利于创造更通透的空间。“911”事件后，一些专家认为超高层“热”应该降温了。事件给人们很多 “冷”思考，不可以认为高层是城市现代化的标志，超高层并不是国际大都市的 象征。中国的城市规划并不追求高层，但屡战屡败的现实证明，城市规划并未受 到普遍关注。其实，国际上很多建筑专家早就强烈反对建造超高层大楼，他们特别强调的 是超高层大楼的安全性极差，民用钢筋砼建筑失火后,主体结构不会发生坍塌破 坏,大火熄灭后,主体结构仍然可以屹立不倒. 钢结构建筑失火后,首先钢材的保 护层失去作用,里面的钢才在持续升高的高温下强度逐渐降低.直到强度降低到 构件变形超限,造成整体结构失稳破坏.如果钢材直接被火焰灼烧,其强度会骤然 降低,构件会立刻退出工作,局部结构或者整体结构会立刻失稳破坏 一旦发生火 灾、风灾、地震等自然灾害或人为破坏和质量事故，后果将不堪设想。美纽约世贸中心的受袭倒塌，有可能标志着摩天大楼时代的终结。
