世贸大厦倒塌原因
Project 1世贸大楼倒塌事故的调查与原因分析
世贸大楼倒塌事故的调查与原因分析尹航（6123310701），刘嘉磊（6123310702）摘要：美国纽约世界贸易中心在911事件中的倒塌不仅造成了巨大的人员、财产损失，也对全世界范围内土木工程设计产生了重要影响。
本文通过参考多方调查数据以及对于大楼受爆炸冲击、火灾影响的数值分析，得出结论：“9·11”恐怖袭击事件造成纽约世贸大楼的内部竖向承重钢结构的防火保护层在爆炸中严重脱落，火灾高温使钢材强度大幅度降低，导致着火层群柱失稳，上部巨大的冲击荷载把下层柱逐层压，从而引发连续坍塌。
最后对超高层建筑的结构从抗爆、耐火等方面提出相关设计建议。
关键词：世贸大楼倒塌撞击爆炸影响火灾影响超高层建筑设计建议耐火性设计建议1.引言2001年9月11日，恐怖分子劫持民航客机撞击美国纽约世贸中心双塔楼，随后的爆炸和火灾使大楼坍塌，造成3000余人死亡或失踪，经济损失无法估计。
“9·11”事件留给人们无尽的思考，也给今后超高层钢结构设计带来严峻挑战。
分析与总结人类用如此巨大的代价换来的教训与经验，对今后超高层钢结构设计具有重大意义。
2.世贸大楼倒塌事故的调查美国国家标准技术研究所承担了本次事故世贸中心大楼倒塌原因的主要调查工作，经过了将近两年的时间于2004年6月19日发出总结报告：世贸大楼的设计者当初可能对该建筑的风力荷载量严重估计过低，导致大楼抵抗袭击的能力下降。
同时塔楼打防火涂层和灭火设施未达到标准，没有对火灾达到良好的遏制，飞机撞击大楼后，世贸大楼内大火温度高达1093℃，所以即使是铜铸铁打也不能不塌。
大火之所以摧毁大楼，是由于楼内的防火和灭火设施靠不住。
在正常情况下，大楼的灭火系统应该可以控制火势。
但是，飞机撞击损坏了楼内的防火层，切断了部分水管，碎屑粉尘堵塞了洒水装置，导致洒水装置无法运作，大火完全失控,使得火灾成为大楼坍塌的主要原因。
下面是关于世贸大楼及911事件的调查数据统计：2.1世贸中心工程概况数据纽约世贸中心建成于1973年，由两栋110层的方形塔楼和裙房组成。
纽约世贸中心“油燃致塌说”质疑
纽约世贸中心“油燃致塌说”质疑
李溪喧;李谷兰
【期刊名称】《武汉大学学报：工学版》
【年(卷),期】2003(36)4
【摘要】从建筑防火的角度对纽约世界贸易中心的坍塌进行了详尽的分析,指出其历火时间并未超过建筑防火规范规定的耐火极限,结构表面的温度也未超过其临界温度,耐火涂料和自动灭火装置等高等级的防火措施均保障了结构的耐火极限,从而说明"燃油烧软钢结构而致塌"的说法缺乏充分的依据.世贸中心坍塌的主要原因是飞机撞击造成塔楼局部破坏,并使楼板超载而逐层塌落,最终导致钢柱失稳而急速垂直坍塌.而燃油起火燃烧使钢柱的承载力下降,加速了这种失稳破坏.
【总页数】5页(P78-82)
【关键词】纽约世贸中心;高层建筑防火;耐火极限
【作者】李溪喧;李谷兰
【作者单位】武汉大学城市建设学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU973.34
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3.纽约新世贸中心自由塔 [J], 李宏明;李承宇;
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纽约世贸大厦为何瞬间坍塌
纽约世贸大厦为何瞬间坍塌纽约世界贸易中心大楼位于曼哈顿闹市区南端,雄踞纽约海港旁,是美国纽约市最高、楼层最多的摩天大楼。
大楼于1966年开工，历时7年，1973年竣工以后，以411米的高度作为110层的摩天巨人而载入史册。
它是由5幢建筑物组成的综合体，其主楼呈双塔形，可容纳5万名工作人员，同时容纳2万人就餐。
其楼层分租给世界各国800多个厂商。
大楼采用钢结构，用钢7万8千吨，楼的外围有密置的钢柱，墙面由铝板和玻璃窗组成，有“世界之窗”之称。
2001年9月11日双子塔遭受飞机撞击后，挺立了近两个小时之后突然坍塌。
从电视里看到大楼坍塌的人都有一个疑问：为什么其坍塌跟定向爆破一样那么迅速？由于瞬间的坍塌，许多困在里面的人员和跑进去救火的消防队员来不及撤离，牺牲在里面。
这要从纽约世贸大楼的结构说起。
世贸大楼的设计是在1960年完成的。
这世界第一高楼真是钢筋铁骨，大楼的外层是坚硬的钢铁骨架，大楼中心的电梯通道和天井则是由钢索和水泥构成的：一根垂直的水泥柱从顶层通向底层，水泥柱里包着几千条垂直的钢索。
这样的结构是刚中有柔，可以使大楼承受强风和地震，当强风吹来时，大楼楼顶拉到地基的钢索回像果冻一样摇晃，缓冲了破坏力。
就像一个木条钉的包装箱外面有缠了许多绳子一样，可以使木箱抗冲击。
钢索外面的水泥目的是防火的，水泥可以延缓热的传递。
世贸大楼的坚固性在1993年得到检验，当时一颗炸弹在建筑物内部爆炸，但没有造成很大的损坏。
但是9·11的情况不一样。
当飞机对着大楼拦腰撞上，91000升燃油在撞破的大洞中猛烈地燃烧时，产生的高温使大楼的钢骨开始熔化，这是设计师从未料到的。
本来是加固大楼的钢索成了拖垮大楼的凶手。
这是为什么？打个比方，用12根木棍做一个长方体，这个架子不很结实，我们用绳子上下缠紧，架子会变得结实。
现在如果作为立柱的木棍断裂了，在绳子的拉力下木架会倒塌得更快。
钢柱熔化了，钢索失去了支撑会牵动上面的东西迅速落下。
Project 1世贸大楼倒塌事故的调查与原因分析
世贸大楼倒塌事故的调查与原因分析尹航（6123310701），刘嘉磊（6123310702）摘要：美国纽约世界贸易中心在911事件中的倒塌不仅造成了巨大的人员、财产损失，也对全世界范围内土木工程设计产生了重要影响。
本文通过参考多方调查数据以及对于大楼受爆炸冲击、火灾影响的数值分析，得出结论：“9·11”恐怖袭击事件造成纽约世贸大楼的内部竖向承重钢结构的防火保护层在爆炸中严重脱落，火灾高温使钢材强度大幅度降低，导致着火层群柱失稳，上部巨大的冲击荷载把下层柱逐层压，从而引发连续坍塌。
最后对超高层建筑的结构从抗爆、耐火等方面提出相关设计建议。
关键词：世贸大楼倒塌撞击爆炸影响火灾影响超高层建筑设计建议耐火性设计建议1.引言2001年9月11日，恐怖分子劫持民航客机撞击美国纽约世贸中心双塔楼，随后的爆炸和火灾使大楼坍塌，造成3000余人死亡或失踪，经济损失无法估计。
“9·11”事件留给人们无尽的思考，也给今后超高层钢结构设计带来严峻挑战。
分析与总结人类用如此巨大的代价换来的教训与经验，对今后超高层钢结构设计具有重大意义。
2.世贸大楼倒塌事故的调查美国国家标准技术研究所承担了本次事故世贸中心大楼倒塌原因的主要调查工作，经过了将近两年的时间于2004年6月19日发出总结报告：世贸大楼的设计者当初可能对该建筑的风力荷载量严重估计过低，导致大楼抵抗袭击的能力下降。
同时塔楼打防火涂层和灭火设施未达到标准，没有对火灾达到良好的遏制，飞机撞击大楼后，世贸大楼内大火温度高达1093℃，所以即使是铜铸铁打也不能不塌。
大火之所以摧毁大楼，是由于楼内的防火和灭火设施靠不住。
在正常情况下，大楼的灭火系统应该可以控制火势。
但是，飞机撞击损坏了楼内的防火层，切断了部分水管，碎屑粉尘堵塞了洒水装置，导致洒水装置无法运作，大火完全失控,使得火灾成为大楼坍塌的主要原因。
下面是关于世贸大楼及911事件的调查数据统计：2.1世贸中心工程概况数据纽约世贸中心建成于1973年，由两栋110层的方形塔楼和裙房组成。
建筑史上出现过的重大失误有哪些？
建筑史上出现过的重大失误有哪些？这个问题似乎很难回答，因为在建筑史上，失误并不是一种罕见的现象。
有些失误却具有特殊的意义，因为它们不仅仅是建筑上的问题，更是人类文明的反映。
我们将探讨一些建筑史上的重大失误，分析它们的原因，以及它们给我们带来的启示。
第一次重大失误：塔楼倒塌在建筑史上，最著名的失误之一是1971年纽约世界贸易中心的塔楼倒塌。
这座110层的高楼是由美国建筑师Minoru Yamasaki设计的，它是当时世界上最高的建筑。
在1971年7月28日，一场火灾在塔楼的第11层爆发，导致了塔楼的倒塌。
这个事件的原因是多方面的。
塔楼的结构设计并不完美。
塔楼的框架结构是由许多钢梁和钢柱组成的，这些钢材的质量并不一致。
塔楼的消防系统也存在问题。
在火灾发生时，消防系统的水压不足，无法有效地控制火势。
塔楼的建造过程中也存在一些问题。
由于施工的时间紧迫，建筑师们在设计和建造过程中没有充分考虑安全因素。
这次事故给我们带来了重要的启示。
建筑师必须在设计和建造过程中充分考虑安全因素。
建筑师必须选择高质量的材料和设备。
建筑师必须确保消防系统的有效性，以确保在火灾发生时能够及时控制火势。
第二次重大失误：荷兰防洪工程荷兰是一个海拔低，地势平坦的国家，经常受到洪水的威胁。
为了解决这个问题，荷兰在20世纪60年代开始实施“Delta计划”，该计划旨在建造一系列大型防洪工程。
这个计划在1970年代初期遭遇了一次重大失误。
这个事件发生在1970年，当时荷兰正在建造一座名为“Oosterschelde”的大坝，这座大坝是为了防止北海的潮汐涌入荷兰境内。
在建造过程中，建筑师们发现他们的设计存在一些问题。
他们的设计没有考虑到海洋生态系统的影响，这导致了海洋生态系统的破坏。
为了解决这个问题，荷兰不得不在大坝上建造了一系列闸门，这些闸门可以在需要时打开，以保持海洋生态系统的平衡。
这个事件给我们带来了重要的启示。
建筑师必须在设计和建造过程中充分考虑环境因素。
世贸大厦倒塌原因
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lO：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450mm×450mm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/m^2。
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18．5立方米的水箱。
911事件PPT
• 另据消息：美国建筑专家评论指出，他们通过观看大 • 楼倒塌的录像认为，虽然飞机冲撞对大楼确实造成了一定 • 的破坏，但随后燃起的大火才是造成楼房倒塌的直接原因。 • 其实，国际国内的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，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。
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长时间猛烈的大火烧软了飞机所撞击的那几个楼层的钢 材，而它上部楼层约数千吨到上万吨的重量自然就会落下 来，像一个巨大的铁锤，砸向下面的楼层，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。
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北京时间9月11日晚20:45第一波飞机撞击世贸大楼的 北部塔楼接近顶部的位置.由于这种波音757飞机所载燃油 较少，加上撞击位置较高，上层压力较小，所以大火烧了 很久，直到北京时间9月11日晚22:28： 大火燃烧了1小时 43分钟后世贸大楼北部塔楼才倒塌。 北京时间9月11日晚21:03第二波飞机于撞击世贸大楼 的南部塔楼。因波音767飞机所载燃油量大,加上撞击位置 较低，上层压力很大，所以北京时间9月11日晚22:05，大 火燃烧了1小时零2分钟后，后被撞击的南部塔楼反而率先 倒塌，灰尘和残骸四处飞溅。
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这次撞击大楼的波音757飞机大约可载35吨燃油,波音 767飞机可载51吨燃油,由于是从美国东部飞往西部的远程航 班，所以飞机上的油箱估计装满了燃油。在起飞后这些飞机 很快改变航线撞击纽约世界贸易中心大楼，机上燃油消耗很 少，几乎将它们的满满一飞机油箱的优质航空煤油都撒到了 大楼里，燃起了熊熊大火。
长时间猛烈的大火烧软了飞机所撞击的那几个楼层的钢材而它上部楼层约数千吨到上万吨的重量自然就会落下来像一个巨大的铁锤砸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
纽约世贸中心坍塌评析
纽约世贸中心坍塌评析李溪喧;李传才【摘要】"911事件"中纽约世贸中心所受到的作用包括飞机撞击、汽油燃烧、楼板超载等极为偶然的荷载.整体破坏历经1～2 h,属延性破坏.估算了飞机对塔楼的撞击力,使塔楼产生了较大的位移,飞机的撞击切割了外筒的钢柱,破坏了楼板.飞机的重量使楼板超载,引起"多米诺骨牌"式的塌落,最后由于钢柱长细比的大幅增大发生失稳破坏,使塔楼呈垂直坍塌.汽油燃烧并非坍塌的主要原因,但引起材料强度和承载力的下降,加速了上述破坏过程.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2003(020)002【总页数】4页(P16-19)【关键词】"911事件";纽约世贸中心;高层建筑;坍塌【作者】李溪喧;李传才【作者单位】武汉大学,城市建设学院,湖北,武汉,430072;武汉大学,土木建筑工程学院,湖北,武汉,430072【正文语种】中文【中图分类】TU973+.13纽约世界贸易中心(World Trade Center)始建于1966年，1973年建成，共110层，总高412 m，两座塔楼相同，曾是世界第一高楼.建筑与结构设计堪称世界一流，是纽约的标志性建筑物，是美国以及世界建筑界的骄傲.纽约世贸中心的坍塌，是由于恐怖袭击这一政治的、人为的、偶然的原因所导致.911事件不久，国内外有些学者[1，2]对其坍塌原因及破坏机理进行了分析和研究.少数学者认为撞击力是坍塌的主要原因，大多数学者则认为：飞机燃油的燃烧使钢结构软化，甚至熔化，导致建筑物的坍塌.这一说法多半是基于直观的推断，而缺乏精确的计算和科学的分析.1 建筑结构设计简介[3]及遭袭简况1.北塔110层2.南塔110层3.酒店22层4.南广场大厦9层5.北广场大厦9层6.美国海关7.附楼47层图1 纽约世贸中心建筑群平面示意图纽约世贸中心由日裔美籍建筑大师M.Yamasaki主持的5人小组设计，中国台湾的王昭藩参加了2座塔楼的整体设计[4]，建筑群布置见图1.塔楼的平面为63×63 m的正方形(图2)，楼面属大空间结构，每座塔楼的建筑面积为446 000 m2，可供5万人上班，联系工作及游览观光约3万人，共计可容纳13万人.楼内共设104部电梯，建筑有效面积率为75%，地下室设有地铁站.结构主体为全钢筒中筒结构，外筒为密距柱，9层以上柱距仅1.02 m，9层以下柱距3.06 m，体现了哥特式连续尖券的造型，同时加大了底下9层的开间，特别是底层入口的开间.内筒为电梯井和辅助用房.内外筒距离为18 m和10.7 m，之间由楼板联系.楼板用空腹桁架，面层用混凝土，构成预制组合结构板，板间用钢筋相连，空腹桁架的下弦与框架柱的连接处安装了减震器(图3).图2 塔楼平面图/m图3 楼板及其与柱连接细部图世贸中心遭到恐怖分子的2次袭击.第一次袭击来自地下，发生于1993年2月26日北京时间12时8分，世贸中心的地下停车场内，一枚重磅汽车炸弹把地板炸出了一个长60 m、宽30 m的大洞.第二次袭击来自于天上，发生于2001年9月11日北京时间20时46分，即众人皆知的“911事件”.2 袭击产生的作用及结构的破坏2.1 袭击产生的作用结构上的作用按时间的变异性可分为永久作用，可变作用和偶然作用.偶然作用是指在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间较短的作用.“911事件”中纽约世贸中心受到的作用有：飞机的撞击力；汽油的燃烧；局部的爆燃；飞机重量对楼板的超载.从结构工程的作用分类出发，恐怖袭击产生的作用属于偶然作用.纽约世贸中心的设计者对地震，一般火灾等偶然作用，已给予认真的设计计算，但无法预计到大型波音飞机的撞击、大量的汽油爆燃以及1993年的底层爆炸等偶然作用.“911事件”引起的纽约世贸中心的倒塌，给结构理论工作者提出一个新的问题：结构工程是否应该防范这种由战争和恐怖引起的极为偶然的作用，以及如何防范和抵抗这种作用.2.3 结构破坏的类型和特征结构工程的可靠度指标与结构的破坏类型有关.破坏类型分为延性破坏和脆性坡坏.前者指破坏前有明显的变形和其他预兆，后者则无.从电视图像看到的倒塌过程似乎十分突然.倒塌仅在十几秒中垂直塌落，看似脆性破坏.但详析其破坏情况，还应看到：a.从结构遭撞击到塔楼坍塌，南楼经历了57 min，北楼经历了102 min.b.塔楼起火与飞机撞击几乎同时发生，从起火到坍塌经历的时间与上相同.c.据逃生的人们描述，塔楼曾产生了近1 m的晃动.d.其它未能直接看到的现象，如钢柱的损伤、内部楼层的塌落及钢柱的屈曲等.可见，世贸中心的整体破坏经历了1 h以上的过程，结构产生了较大的变形，整体破坏前早已产生了局部破坏，由局部破坏到整体破坏持续了相当长的时间，属延性破坏.局部的结构破坏可能呈现出脆性破坏的特征，如楼板在超载情况下可能产生剪切破坏，钢柱由于长细比的增大可能产生失稳破坏.3 塔楼坍塌原因详析3.1 飞机撞击力对结构的影响撞击力可用动能定理FS=mv2/2来计算.波音767的起飞质量为156 t，其中所载燃料约50 t.据航空专家称，飞机的巡航速度为850 km/h，但撞击时属大迂回后的超低空飞行，速度约500～600 km/h，撞击前已飞行了1 h 40 min，用去部分燃料，飞机的总质量约为150 t[2].塔楼的总宽度仅63 m，假定飞机从V=600 km/h的速度下降到0，穿过的路程为50 m，由此可求得飞机撞击力约为41 700 kN.撞击力使结构产生大位移，增大塔楼底部弯矩和剪力.根据撞击力的大小、撞击部位(距顶部约为总高的1/5)及塔楼底层的截面刚度EI等参数可简单地按悬臂构件估算楼顶的水平位移.世贸中心有强大的抗风能力.在设计风载作用下，顶部计算位移约900 mm，但多年的实测值仅为280 mm，可见抗侧移刚度相当大.可以根据塔楼的结构尺寸和材料特性精确计算撞击力产生的楼顶位移.若真如幸存者所言达到1 000 mm，则对结构的影响比较大.a.产生强烈的晃动和超常的位移.如按我国JGJ 3-91《钢筋混凝土高层建筑结构设计和施工规程》，筒中筒结构在风载作用下的u/H限值为1/1 050，地震作用下为2/950，塔楼位移已超过了正常使用的允许值.b.水平撞击力增大底层柱脚的弯矩和剪力.虽然产生了较大的位移，增大了底层的弯矩和剪力，撞击力并未对结构的整体承载力构成威胁.世贸中心未发生倾倒，即说明了这一点.c.塔楼顶部产生了偏斜.飞机撞击对外筒的损伤，使塔楼上部在撞击部位形成了不均匀的支承，机尾损伤严重，机头损伤较小，这导致了上部的塔楼向飞机来的方向有一定偏斜(图4).图4 塔楼偏斜示意3.2 撞击使楼身遭到严重破坏a.撞击力切割了塔楼内外筒的部分钢柱.b.撞击破坏了塔楼的楼板.飞机撞击的具体部位有两种可能：一是机头在上、下楼层之间撞入，二是机头直接撞击楼板.鉴于机身已隐没于塔楼内，第一种可能性更大.以波音757飞机为例，其翼展为38.13 m，机身最大直径约5.03 m，垂直尾翼高13 m, 而楼层平均层高仅为3.75 m，标准层层高低于3.75 m，由此可知，撞击造成了不少于3层的楼板大面积破坏.3.3 楼板的塌落a.楼板严重超载.飞机的总重量约为1 500 kN，连同被撞破坏的约2层楼板的重量共同施加在下1层的楼板上，造成了该层楼板的严重超载.b.楼板本身的整体性差.世贸中心的设计和施工共花费了7年.建设者们把楼层分解，一节一节在工厂车间制作后，再在现场拼装，这种施工方法造成了楼板与楼板之间以及楼板和柱之间的整体性相对较差.c.楼板的抗剪能力差.由图3可知，板和柱之间的整体性较差，在垂直荷载作用下，抗剪切能力下降，在超额荷载作用下容易造成楼板和柱连接处的冲切破坏.d.“多米诺骨牌”效应.上层楼板的塌落，全部重量砸向下一层楼板，楼板逐层塌落，形成“多米诺骨牌”效应.3.4 外筒钢柱的失稳使塔楼最终垂直坍塌外筒钢柱为压弯构件.钢柱的设计包括强度、变形和稳定的设计.强度不足产生的破坏形态为延性破坏，失稳破坏则十分突然，要求更高.影响钢柱稳定性的重要因素是其长细比λ.纽约世贸中心有110层，层间的平均高度H约为3.75 m.设计的稳定性是在楼板对钢柱有可靠横向支撑，从而长细比很小的条件下得以保证.楼板的“多米诺骨牌”式的塌落，使钢柱的计算长度H0和长细比λ增长了数10倍(图5).图5 钢柱失稳示意砸向底部的楼板对底层的钢柱产生局部的侧向挤压力，使钢柱产生侧向变形，导致失稳破坏.撞击产生的超载和楼板的塌落都在瞬间发生，所有产生的作用都是动力作用，其值比静态作用要大得多.3.5 燃油燃烧加速坍塌过程许多专家认为：导致世贸中心坍塌的原因是飞机燃油起火后烧软了钢结构(甚至认为钢材已被烧熔化)，这就是“火因说”.作者对这一说法持怀疑态度.高层建筑不仅对其承载力有极高要求，对其防火也有十分严格的要求.按照中国GB 50045-95[5]《高层民用建筑设计防火规范》的规定，世贸中心为一类高层民用建筑，耐火等级为一级[6]，其建筑构件的燃烧性能和耐火极限如表1.表中A表示建筑材料的燃烧性能级别为A级，即不燃性建筑材料，耐火极限是指在标准耐火试验中，从受到火的作用到失去稳定性、完整性或绝热性的抗火作用时间.表1 建筑构件耐火性能构件燃烧性能耐火极限/h防火墙A3.00承重墙、楼梯间、电梯井和住宅单元之间的墙A2.00非承重墙、疏散走道两侧的隔墙A1.00房间隔墙A0.75柱A3.00梁A2.00楼板、疏散楼梯、屋顶承重构件A1.50吊顶(包括吊顶搁栅)A0.25纽约世贸中心为全钢结构，其防火标准必是超级的，主体结构耐火极限不会小于3 h.耐火极限的保障，通过如下的多方面措施来实现.a.钢结构表层的防火涂料.根据世贸中心的防火等级，其防火涂料应属H类非膨胀型的厚型涂料，根据文献[7]资料，为保证3 h的耐火极限，梁、柱钢结构涂料层的厚度应在50 mm以上.b.装备精良的自动喷水灭火系统.这种系统由水源、加压送水设备、管网、喷头，以及探测系统、报警系统等组成.“911事件”当天，未见大量明火，说明航空燃油的燃烧不充分，可认为是楼内的灭火装置发挥很大作用.水能抑制其它可燃物的燃烧，延缓火势漫延速度，降低火场温度.况且，除了喷水系统，楼内还会有其它化学自动灭火装置，另有赶赴现场的消防警员的扑救.这一切，都使塔楼钢结构的燃烧温度降低，使其达不到钢材的临界温度，从而保证其3 h以上的耐火极限.可见，纽约世贸中心有严格的建筑防火设计，其耐火极限不小于3 h，而世贸中心的南楼的历火时间不到1 h，北楼的历火时间也仅102 min，还远未达到其耐火极限.因此，纽约世贸中心坍塌的“火因说”尚缺乏充分依据.燃烧损坏细部结构，降低结构承载力，其影响表现为：燃烧损坏了结构的细部构造；钢材升温降低了钢柱承载力.结构的破坏过程是一种随机过程，其原因是极为复杂的、多方面的，这些原因也是相互影响的.燃油燃烧对结构的影响与前述各种影响都是同时发生的，是一个综合过程，这一切均使纽约世贸中心最终坍塌.4 结语作者从建筑防火的角度，详尽地说明了原设计对火灾有严格的防范措施，简单地认为坍塌的原因是燃油燃烧软化了钢结构，尚缺乏充分的依据.但燃油的燃烧降低了钢材的强度，降低了结构的总体承载力.作者估算了飞机对塔楼的撞击力，这一撞击力使塔楼产生了较大的位移，并切割了塔楼钢柱，破坏了楼板.飞机的重量使本已损伤的楼板大大超载，使之发生“多米诺骨牌”式的塌落，最后由于钢柱长细比巨额增长发生失稳破坏，使塔楼垂直倒塌，这是纽约世贸中心坍塌最主要的原因.参考文献[1] James Glanz. Why trade center towers stood, then fell[J]. The New YorkTimes, 2001,11:11.[2] 陈朴.天袭曼哈顿之后[J].航空史研究，2001,(77):6-7.[3] 吴景祥.高层建筑设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.[4] 王哲.设计世贸大楼的中国人[N].长江日报，2001-11-5.[5] GB 50045-95.高层民用建筑设计防火规范[S].[6] 王学谦.建筑防火[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.[7] 李国强等.钢结构抗火计算与设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.。
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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lO：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450mm×450mm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/m^2。
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18．5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
“9·ll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“9·ll”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_℃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l000公里。
可以想像这两架大型客机撞击大楼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。
“9·ll”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。