纽约双子塔结构连续倒塌的原因.doc

双子塔的连续倒塌 2001年的纽约双子塔倒塌事件就是典型的连续倒塌事件。在袭击的开始，飞机的的撞击以及爆炸造成的伤亡人数尚为几百人，但后续发生的楼体倒塌使死亡人数上升到2751人。 首先，让我们对双子塔的结构及其倒塌的整个过程做了一个初步的了解。双子塔的工程师莱斯利 ·罗伯逊采用筒状结构的设计方案，塔中心用47个钢柱支撑，外部用网状的钢柱包围，之间用桁架梁连接，并在其上铺上压型钢板和水泥。隔板墙采用轻而脆弱的石膏材料，钢材防火层使用石棉泡沫材料。这种结构的优点是内部空间的大，整体重量轻，比当时的其他的高层建筑节省近50%的钢材用量。其缺点是防火措施不到位，此外楼梯的设计也不合理，过于集中。由于当时的建筑规范在许多方面还是空白，许多问题在设计中都未被考虑到。这也为日后安全问题埋下隐患。 2001年9月11日美国当地时间早上8点46分恐怖分子劫持的波音767正中撞进北塔的93层至98层中间，在北塔上撞出一个六层楼高的大洞，撞击面2/3的钢柱被切断，中心47个钢柱破坏严重，此外所有楼梯间被破坏。撞击没有立即导致大楼倒塌，但随后爆炸引起的建筑内部燃烧却是当年的工程师没有料想到的。风通过巨大的缺口吹入室内，将桁架及中心钢柱上的石棉吹落，致使钢材直接裸露在高温下，虽然钢材的熔点高达一千五百多度，但当温度升到四百度的时候钢材就已丧失承载能力。人们开始开始从北塔撤离，但98层以上的人们发现他们无法通过已完全损毁的楼梯，这对他们而言是生命的通道。9点02分，就在北楼被袭击15分钟之后另一架被劫持波音767撞进南塔78层和84层之间，与北塔不同，这次撞击的部位并非中心位置而是偏向大楼的一个角，撞击同样引起了爆炸和燃烧。燃烧产生的高温使地板桁架弯曲变形，从而给桁架的两端产生巨大的拉力。只能承受垂直荷载的桁架端部最终会被拉断，桁架梁上的地板随之坍塌。9点59分南塔被撞57分钟后，伴随巨大的爆炸声，南塔开始连续倒塌，上层结构的落下导致下层的结构被逐级破坏，最终南塔以接近自由落体的速度坍塌。10点26分逐级破坏的悲剧在北塔重演。 面对双子塔的倒塌我们要提出两个问题：1、飞机撞击后双子塔的倒塌是否是必然。2、如此巨大的伤亡是否可以避免。分析清楚这两个问题将有利于我们在未来的设计中避免类似的惨剧再次发生。 我们发现两座塔没有在撞击后立刻倒塌，飞机的撞击和撞击后的火灾共同作用才导致了塔的倒塌。假如双塔的防火措施到位，也许塔不会倒塌，至少能够坚持更长的时间。石棉泡沫含有致癌成分，并且其与钢材的粘结不十分牢固，随着人们对防火涂料研究的深入，在未来的建筑中石棉将被慢慢淘汰。楼体设计的的不合理是导致巨大伤亡的重要原因之一，楼体设计集中在大楼中心的部位，离室内最远距离过远，没有达到现代规范中控制最远距离设计要求，此外，集中的设计使楼梯同时被破坏的可能性变大。随着现代设计规范的进步，大楼的楼梯将被设计得更加安全。 双子塔的悲剧并非不可避免，随着人们对抗连续倒塌研究的深入，我相信我们能将破坏的损失降低到最小的范围内。