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911事件中为什么双子塔的两座大楼会整体坍塌? 第1页

  

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这个问题其实以前知乎日报上已经做过科普了,双子大楼各自承受了一次撞击,但是倒塌并非是由撞击直接导致。

首次撞击的时间是当地时间08:45(北京时间20:45),先受到攻击的是北楼,撞击部位大约在94~98层之间。

当地时间09:03(北京时间21:03),南楼也遭到撞击,撞击部位大约在78~84层之间,两次撞击前后仅仅间隔18分钟。

其实仅靠飞机本身的冲撞和爆炸并不足以直接摧毁整座大楼,据说其撞击力还不到大楼极限承受力的1/4,而且撞击只是局部,大楼的剩余部分基本保持完好,仍然能够提供足够的支撑,还不至于因此而垮塌。

但是飞机携带的数千加仑航空燃油由于撞击而泄漏,并且流入了大楼多个楼层和管道井中,引发了大火,而楼内的消防系统对此无能为力,在由内而外的高温持续炙烤之下,大楼的钢结构开始软化,强度逐渐下降,而钢又是热的优良导体,所以火灾的影响范围绝不仅限于局部。

一般普通建筑用钢材在300~400℃时,强度就会迅速下降,到500℃左右,其强度就只有正常状态下的40%~50%,而航空燃油在剧烈燃烧时,温度甚至能达到1000℃,要让钢铁变软并不需要完全达到熔点,铁匠打铁时在红热状态下即可进行塑形,发生高温蠕变的钢结构,已经无法再为大楼提供足够的支撑力了。

被冲撞直接破坏的楼层首先塌陷下坠,巨大的冲击载荷瞬间压垮了下部楼层,随着塌落楼层的增加,质量和冲击力在重力作用下层层叠加,冲击载荷越来越大,最终形成了多米诺骨牌效应,压垮了底部楼层的支撑,才导致了无法逆转的垮塌。

山西临汾一男子一脚踹倒了215根河边护栏,也是多米诺骨牌效应的典型体现:

在塌落过程中,由于楼体的强度已经非常脆弱,楼层间巨大的倾轧和碰撞造成了粉碎性破坏,但是“粉碎”只是相对于巨大的世贸大楼而言,在远处看起来无比细小的碎片,实际上可能是长达数米甚至十几米的巨型残骸(比如下文图中挂在德意志银行大厦上的那块)。

所以与其说大楼是被飞机撞塌的,还不如说是被二次事故引发的大火烧塌的。

部分读者貌似对以上解释有点疑惑,打个比方,你可以想象一个大胖子踩在一把摇摇欲坠的小椅子上,如果他站着不动,椅子还能勉强支撑他的重量,但他若在椅子上向下跺脚,体重与冲击力一叠加,就可能让椅子瞬间散架。

先塌落的楼层向下砸在底部楼层上,这个作用就相当于这一跺脚,据估算,遇袭部位以上的楼层重量至少在2万吨以上。

当地时间10:05(北京时间22:05),在被撞击坚持了1个多小时后,南楼先发生倒塌,在10:28,北楼也落入同样的命运,后受到攻击的南楼垮得反而更快一些,原因有两个:

一. 南楼被撞击的位置相对靠下,受损部位以上的楼层更多,对下部支撑造成的压力更大,楼体重心也更难稳定;

二. 撞击双子大楼的飞机型号相同(波音767),但撞击南楼的飞机时速达到了865公里,比撞击北楼的那一架要快160多公里,显然更大的动能造成了更严重的破坏。

此外,双子大楼的原设计公司LERA(理雅)承认,当初出于减轻楼体负重和美观等方面的考虑,支撑楼体的钢结构框架缺乏厚实的保护(帝国大厦的钢结构就有厚实的混凝土包裹),另外事后的实地调查发现,大楼很多部位的钢结构耐火涂层厚度低于设计要求的20mm。

值得庆幸的是,从撞击到倒塌之间这宝贵的1个多小时已经足以让很多人及时逃生,避免了伤亡进一步扩大,当时整个世贸中心约有58000人,最终死亡人数是2830人,其中403人为救援人员。

客观地讲,大楼的强度和质量仍然算得上是合格的,毕竟设计之初谁也不会考虑到飞机冲撞这么极端的情况。

关于世贸中心双子塔楼倒塌的详细调查,LERA(理雅)也公布了FEMA(美国联邦应急管理署)和ASCE(美国土木工程师学会)的联合调查报告,感兴趣的可以自行翻译查阅:


PS:有人在评论区提出质疑:未受到飞机撞击的世贸中心7号楼是怎么倒塌的,那我也做个补充,世贸中心是一个建筑群,大楼之间的结构和地基并非相互孤立的,7号楼稍远一些,但也仅有百米开外,这点距离在高达411米的世贸中心的巨大体量面前根本算不上多远,如果将双子塔比作一个人的高度,那7号楼和1号楼之间的距离也就相当于半支胳膊那么长,触手可及。

从双子塔坍塌瞬间的现场照片来看,其波及范围有多大一目了然,巨大的质量坠落产生的冲击力如同地震一样,而无数飞散的碎片还会对周围造成溅射伤害。

烟尘散去,可以看到整个世贸中心建筑群的损毁程度,虽然当时7号楼并没有随着双子塔的坍塌一起倒下,但显而易见的是,它不可能在规模如此巨大且近在咫尺的灾难中毫发无伤。

7号楼不仅被双子塔崩塌产生的巨大冲击震荡所波及,根据一些现场记录,从北塔坠落的碎片击中了7号楼西南角的7~17层,南面的24~41层以及44~52层,并引发了火灾,直到7号楼坍塌之前,其内部的火情始终未能被扑灭。

7号楼的消防系统设计存在严重缺陷,不仅依赖电力,部分设备还需人工操作,而在双子塔坍塌后很多设施已经不能正常工作,更要命的是当天水压也不足,而救援人员人手严重短缺,更是捉襟见肘,7号楼的火势虽然不如双子塔凶猛,但也处于难以控制的状态,楼内的可燃物也时不时发出轰燃的爆响。

在这里,要注意一个名词:轰燃。

室内大火燃烧会产生大量气体,并充满各个房间,当室内的可燃气体和未充分燃烧的气体混合达到一定浓度时,就会出现爆燃,尚未接触大火的可燃物也会因此“轰”的一声被瞬间点燃,这种现象称为轰燃。

发生轰燃的条件:

(1)通风条件差,燃烧形成的可燃气体在房间大量聚集。
(2)这些可燃气体弥漫到其他可燃物周围或表面。
(3)这些可燃气体达到一定浓度并发生爆燃,才能真正达到轰燃。

(以上内容引用自百度百科)

很明显,7号楼楼层密集,房间众多,办公室内可燃物数量也非常可观,很容易满足轰燃的条件,另外再加上双子塔坍塌时产生的大量扬尘,即使发生粉尘爆炸都大有可能,7号楼现场的一些目击者声称听到了一些爆炸声,其实也是正常现象,并不代表就是爆破作业。

当天下午2点左右,现场消防员就发现7号楼西南角已经出现结构形变了,楼体也吱吱作响,现场指挥在3点半左右命令撤出,大约05:20,7号楼也发生了垮塌,也就是说,7号楼在双子塔崩塌后坚持了将近7个小时,但在震荡、碰撞、火灾、爆燃等多种因素的综合作用下,它最终也没能逃过垮塌的命运。

至于声称炸毁了7号楼的CIA特工马尔科姆·霍华德(Malcom Howard)是否确有其人,其身份是否真实,动机又是什么,都缺乏可信的消息源,网上所能搜索到的只有一个同名的加拿大赛艇选手,如果这么劲爆的内幕真的证据确凿,就算美国政府如何遮掩,世界各大媒体能忍得住不去挖他个底朝天?


世贸中心的坍塌对四周其他建筑也造成了严重损毁,最典型的受害者就是旁边的德意志银行大厦。

双子塔倒塌时的冲击力和碎片,如同龙卷风一般击碎了1700多扇玻璃窗,楼体也遭到污损和破坏,德意志银行大厦虽然并没有倒塌,但被认为“无法修复”,不得不进行拆除。

德意志银行曾经为银行大楼上了天价保险,但在911事件后,其投保的安联保险公司和安盛保险集团却在赔付上与银行产生了巨大分歧,两家保险公司认为大楼是可修复的,破坏程度并没有银行方面声称的那么严重,他们估计大楼的损失金额在5亿美元左右,这与德意志银行要求赔付的8.57亿美元相差甚远,为此银行和保险公司双方还曾对簿公堂。


世贸中心的事故有多惨烈,那些被困高层的人有多绝望,从一些震撼人心的现场照片中可见一斑:

有许多被困高层无法脱身的人因为无法忍受高温和浓烟的炙烤,在绝望中跳楼求生,然而遗憾的是,从数百米的高空跌落,并没有奇迹发生。


911事件发生当日,一共有4架飞机被劫持,除了撞击世贸中心的两架波音767(分别为美国航空11号班机和联合航空175号班机),其余两架是波音757,其中一架(美国航空77号班机)于上午09:30撞击了五角大楼,另一架757(联合航空93号班机)的袭击目标应为华盛顿的白宫或国会大厦,但由于机组人员和乘客的反抗未能抵达,于上午10:00左右坠毁在宾夕法尼亚州尚克斯维尔的一片树林中,该航班事迹被拍成电影《颤栗航班93》。

五角大楼的遇袭的确缺乏撞击瞬间的影像资料,因此有很多人质疑其真实性,认为现场根本没有发现飞机残骸,一切都是美国人自导自演的阴谋,但果真如此么?

事实上,现场不止发现有明显的飞机残骸,甚至还有烧焦的尸体:

实际上,世贸中心现场收集到的明显的大块飞机残骸还不如五角大楼现场多,一些残骸甚至12年后才被发现,一方面是因为世贸中心损毁得更彻底,大量的废墟增加了搜索的难度,另一方面是世贸中心的火灾远比五角大楼严重,而飞机机身材料主要是铝合金,不耐高温,在大火中不易保存下来,如果没有视频为证,恐怕又有人要怀疑飞机撞世贸中心是不是真的了。

911事件给美国造成的直接经济损失至少2000亿美元,并沉重打击美国的航空、保险、金融和旅游等行业,如果再算上一系列后续影响,给世界造成的经济损失甚至高达1万亿美元,而中国当年的GDP才不过区区1.34万亿美元,如果让中国摊上1万亿美元的损失,相当于大半年都白干了,如果说911事件是美国自导自演的阴谋,那这个阴谋的代价也未免太大了。


此外,纽约曼哈顿的帝国大厦(1929年始建,1931年竣工,高381米,共103层),也曾遭到过飞机撞击,而且还是轰炸机。

1945年7月28日上午,美军一架B-25中型轰炸机在转场飞往新泽西州纽瓦克机场时,在大雾中迷失方向,撞上帝国大厦第78层~80层,造成机上3名机组人员和楼内11人死亡。

撞击发生后,B-25的燃油也发生了泄漏,并且在多个楼层引起火灾,但持续了40分钟就被消防员扑灭,飞机撞击在楼体上留下一个5.49米× 6.1米的大洞,值得庆幸的是帝国大厦楼体足够坚固,撞击和火灾均未造成重大损伤。

帝国大厦在建造时使用了大量花岗岩和钢材,共消耗花岗岩和砂石的总量达到了5660立方米,钢材5.7万吨,用料更扎实厚重,而且钢结构也有非常严密的包裹和保护,客观地讲,更古老的帝国大厦外观和设计虽然不如世贸中心精巧,但结构强度和抗灾能力还是在它之上的,正所谓No School like The Old School,老派的东西往往还是有其可靠之处的。

另一方面,B-25是中型轰炸机,空重只有8.8吨,最大起飞重量15.8吨,而撞击世贸中心的波音767空重和最大起飞重量至少有80吨和142吨,无论机体大小还是燃油携带量,都不是一个级别的,显然B-25这种程度的撞击对帝国大厦来说还算不上特别大的考验。


评论区有人不相信大楼能被火烧塌,甚至还说世贸中心三幢楼是历史仅有的被火烧塌的建筑,那我们就拿事实说话。

2018年当地时间5月1日凌晨,巴西圣保罗一幢24层的公寓楼在烈火中坍塌。

据称这幢楼的起火是楼内居民使用液化气罐或高压锅爆炸导致的,而这种小爆炸和巨型客机的冲撞爆炸有天壤之别,并不足以对整个楼体造成严重的结构性破坏,而且楼内大多只是日常生活中的普通可燃物,也远远无法和航空燃油一类的危化品燃烧时的高温相提并论。

即使如此,这幢规模不小的高层建筑仍然倒在了一场普通的火灾之中。

著名的摩天大楼一般都有严格的安防措施,发生大火的案例都很稀少,911这种规模的极端事件,更是前所未有、闻所未闻的,其背后复杂的原理和细节更是超出一般的常识,不可能那么简单就一眼看穿。

不去详细地调查和了解,就盲目听信那些捕风捉影的阴谋论,无疑是荒谬的。

PS:有些阴谋论者说我是在为美国洗地,那我不妨把之前有关于911的另一篇回答贴上来,证明一下自己的立场和态度。


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搬出我在其他相关问题的回复,供大家参考。

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忽然心血来潮来更新。也希望这些更新可以回答一些评论里面的疑问。

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忽然觉得对这个问题有种不吐不快的感觉,看到那么多人用各种计算,各种所谓的理论去强调2栋世贸大楼(实际上是三栋)坍塌的是多么的合理,在我看来这帮人,只不过是在一本正经的扯淡罢了。

据我所知,很多专家以结果推过程的方式提了很多假设,也做过计算机模拟,来证明世贸双子星倒塌的合理性(不包括没人敢提的七号楼)。但是他们当中没有一个人,能够用1:100的实体模型复现失效状态,来证明他们的理论。

我们老师做建筑受力分析时,除了完全成熟的模型(一般是住宅公寓),无论计算机模拟的结论如何,都会要我们搭一个实体模型检验一下。然而面对世贸这样令建筑界极为震惊的个案,甚至是完全可以改写高层建筑的标准的个案,那些专家表现的却是那样的草率。

一个楼塌掉,崩溃的案子我见了很多,也做过很多的失效分析。正因为如此,我越不能理解一个钢结构的楼如何能在中下层承重结构完好的情况下,能毫无抵抗的以自由落体的速度崩落。事实上钢材对高层结构来说,是能够提供弹性受力的,它能够以自己的弯曲来提供足够的缓冲。所以在实物模型中,高层结构失效,钢结构的表现应该更像一个麻花而不是一个脆饼。

我曾在闲暇时搭过1:500的简易模型,但无论是撞击,点火甚至是加了重压,都完全无法复现世贸倒塌的效果。甚至而言在有效模拟下,对上层和中层同时进行理想破坏都不能完全摧毁模型。

在这里看到各位大神振振有词的通过各种计算,推测来说明世贸大楼就是应该塌,却没一个人以一个建筑人最基本务实精神来拿实物模型来复现失效过程,不禁感到些许失望。希望真的有人能用实验而不是直接用阴谋论这样的大帽子来面对质疑者吧。


~~~~~~~~~~我是更新。

鄙人已经毕业多年。职称已拿到,目前没有什么追求。正在某都的某所里面混吃等死。平时的主要工作是吹牛,副业是画画图纸,写写报告,做做结构分析什么的。

上面提到模拟世贸大楼的简易模型是我刚进所的时候搞得。那时候年轻气盛,精力过剩,领导安排的什么活都没有二话(不像现在已经是个老油条了)特别有求知欲。而且特别愿意动手。

因为这个东西不用测抗共振,抗剪切,抗风阻,所以实验条件非常简单。就是测他顶部极端燃烧情况下的失效作用。

搭这个模型前前后后花了我大概一个半月的时间吧。当时也就是用空的时间,用其他实验剩下来的边角料来搞。我师傅那时候也帮了我一些忙。模型外轮廓尺寸误差大概在1%左右。为了保证更好的模拟当时的情况。我按照照片弄断了相应部位的支撑结构,并在相应部位塞进了泡饱汽油的蜂窝板。并且为了增加头部负载,我在模型的顶上又加了一个铁块(用漆包线绑住,不参与结构)。我要让他更快倒塌,我有在中间偏上的位置等比去掉了一些支撑结构。

这里再说明一下。那些质疑模型参数的我这里想说,搭建这个模型是经过严格理论计算的(等效模型的理论已经非常成熟了,基本可以验证模拟真实情况下的状态。而且我这个只是做一个简易模拟,要求就更低了。)。这个模型我不保证跟世贸大厦的受力状况完全一样。但可以保证等效载荷和绝对超过911当时世贸大楼顶部所受到载荷。也可以保证等效燃烧绝对超过911当时的燃烧状况。

当时做实验的时候,我好几个同事都老兴奋了。整个模型烧得跟一个火把一样。(模型装的实验室旁边的空地上,我们还特别拿个灭火器在旁边等着,当时就怕领导过来)但是这个模型就是结结实实地挺在那里。为了让模型更快失效,我还拿榔头敲顶部的铁块。导致模型上部被我破坏过的地方明显开始出现失效,整个头部已经歪掉。但是没有出现期待之中的倒塌。

这个实验也许做得不是那么严谨,但绝对证明顶部失火对下面的结构失效影响及其有限。就更不要说让整个楼崩溃了。至于让整个建筑呈自由落体的速度往下崩溃,那就更加无法想象了。

另外再说一个事情,根据911事件当时的录像。整个大楼明显是属于一个闷烧的状态,大火并没有蔓延开,而且火焰的温度绝对无法与形成外侧明火的温度相比。并且钢结构的热传导性能够让热量尽快散失,绝对无法烧成那种样子。

~~~~~~~~~~先就这样了,以后有兴趣再更新吧。




  

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