问题

世贸大厦被撞倒塌为什么是从上到下的塌方而不是倾斜倒塌?

回答
要解答这个问题,我们得回到那些令人震惊的时刻,并从物理学的角度去理解。当世贸中心双子塔受到飞机撞击后,它们并没有像我们通常想象中那种摇摇欲坠地向一侧倾倒,而是以一种令人心碎的方式,直接垂直地向下塌陷。这其中的原因,其实是多种因素共同作用的结果。

首先,我们要明白,建筑物的倒塌并非总是简单的“倾斜”。对于像世贸双子塔这样高耸的钢结构建筑,其结构设计极其精巧,但也正因为如此,当关键支撑被破坏时,后果也异常严重。

1. 飞机撞击的破坏与大火:

飞机撞击本身就造成了巨大的结构性损伤。飞机的机翼、机身相当于巨大的“剪刀”,切断了部分支撑柱和楼板。更致命的是,飞机携带的航空燃油在撞击后瞬间爆炸并燃烧,引发了极其猛烈的高温。

请想象一下,航空燃油不是普通的汽油,它在高温下燃烧时,温度可以飙升到非常高的水平。这种高温足以熔化钢铁。但这里有一个关键点:钢铁在低于其熔点时,强度也会大大降低。就好比把一根粗壮的钢筋在炉子里烤得通红,你用手就能轻易把它掰弯。

在世贸中心,持续燃烧的大火并没有瞬间让钢铁“融化”成液体,但它让支撑结构的钢柱和钢梁变得非常“疲软”,大大削弱了它们的承载能力。钢柱原本设计来承受巨大的垂直压力,但一旦被高温烤软,它们就开始向内弯曲、变形。

2. 楼板的“压扁”效应:

世贸双子塔的每一层都有巨大的钢结构楼板,这些楼板又连接着外部的承重柱和内部的电梯井筒柱。撞击和火灾导致上层的楼板结构开始变形,当上层的楼板失去支撑,开始向下坠落时,它们就会像一个巨大的“锤子”一样,砸向下一层完好的楼板。

想象一下,如果你的手上有一个大秤砣,下面压着一张薄纸。如果秤砣开始往下掉,薄纸根本承受不了这个瞬间的巨大冲击力。下坠的楼板层层叠叠地砸下来,每一下撞击都给下方的结构带来了巨大的瞬时荷载。

3. 整体结构的稳定性——“压杆”效应和“连续性”:

世贸双子塔是依靠其“巨型框架”结构来维持稳定的。简单来说,就是外部的许多垂直柱子和连接它们的横梁构成了一个强大的框架。内部还有一个核心筒,里面有电梯和楼梯。

当上层的结构开始向下变形和塌陷时,这些变形和下坠的物质并非是“孤立”的。它们仍然通过结构上的连接,将巨大的力量传递到下方的支撑结构上。

一个非常重要的概念叫做“压杆效应”。细长的物体在受到压力时,一旦超过临界点,就会发生弯曲甚至突然折断,而不是慢慢被压扁。世贸中心的柱子虽然粗壮,但在极高的温度和巨大的瞬时荷载作用下,它们就如同被极度加热并承载了巨大重量的“压杆”。

更关键的是,建筑物的倒塌具有一种“连锁反应”。当某一层的支撑失效,开始下坠时,它会给下一层带来额外的、远远超出设计承载能力的冲击。这种冲击会迅速传递,导致下一层也失去支撑,然后是下一层,层层传递。

4. 缺乏倾斜的驱动力:

为什么没有倾斜?因为撞击和火灾造成的破坏是相对“均匀”地分布在建筑物的上部。虽然撞击点在一侧,但火灾会蔓延,并且上层大量的物质(建筑材料、家具、人员)都在垂直方向上产生向下的重力。

如果是一个外部力量,比如一阵极强的侧向风,或者在较低楼层某个关键柱子被完全切断,那么建筑确实可能更容易向一侧倾斜。但在世贸中心的情况是,上层结构的整体重量失去了原有的垂直支撑。

所以,当上层楼板开始崩塌,并给下方结构带来毁灭性的冲击时,建筑物的“顶部”就好像被“拔掉”了一样,失去稳定性的主体结构,加上自身巨大的重量,就只能沿着重力的方向,以最直接、最有效的方式——垂直向下——垮塌。

可以想象成一摞非常高的纸牌。如果其中一堆纸牌被抽掉,上面所有的纸牌都会失去支撑,它们会跟着往下掉,而不是慢慢倾斜。而且,由于这些楼板连接着下方的结构,这种“掉落”会变成“砸落”,并将这种破坏以惊人的速度一层一层传递下去。

总结来说,世贸双子塔之所以垂直塌陷,是因为:

高温削弱了钢结构的承载能力,使其变形。
上层楼板的崩塌像巨大的锤子,层层砸击下方的结构。
结构失去了关键的垂直支撑,内部柱子如同被加热的“压杆”,无法承受上层的巨大压力。
倒塌过程形成了一个快速的连锁反应,破坏从上层迅速向下蔓延。
缺乏一个主要的侧向驱动力,使建筑向一侧倾倒。

这种从上到下的塌方,是一种典型的“结构性崩溃”,而非简单的“结构性倾倒”。它展示了我们建造的巨大结构在承受超出设计极限的破坏时,其物理行为的残酷现实。

网友意见

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被撞击部位承重结构在高温下软化,无法支持上部结构,致使撞击部以上的楼层在自身重力下向下坍塌。

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