911事件:世贸大厦只被撞了顶部,为什么整座大楼会突然坍塌?

911事件中总共劫持了四架民航客机,两架在恐怖分子的胁迫下撞向了世贸大厦双子塔,第三架撞向五角大楼,最后一架本来要撞向华盛顿特区,但因机组和乘客试图夺回控制权,因此最终在宾夕法尼亚州索美塞特县的乡村尚克斯维尔附近坠毁,四架飞机中无人生还。

其中影响最大的就是世贸双子塔倒塌,原因是多方面的,因为整个撞击与倒塌过程被完整的记录了下来,而倒塌前2个小时的火灾事件则为救援争取了宝贵的时间,否则世贸大厦的倒塌造成的死亡人数会大大增加!

世贸大厦被飞机撞击后,为什么不会立即倒塌?

和五角大楼被飞机撞击后坊间质疑声重重不一样,世贸大厦的倒塌绝对是飞机撞击引起的!美东时间2001年9月11日早上8:46,从波士顿洛根国际机场前往洛杉矶国际机场的美国航空11号班机(登记编号:N334AA,机型:波音767-223ER),撞向了世贸大厦北楼!上午9:03分联合航空175号班机(登记编号:N612UA,机型:波音767-222)撞入南楼。

联合航空175次班机撞入南楼

由于两架飞机都是波士顿洛根国际机场起飞前往洛杉矶,装载了准备跨越整个北美洲的的燃油(波士顿在美东北部靠近加拿大,洛杉矶在美西太平洋沿岸靠近墨西哥),而纽约距离波士顿才300千米不到(全程直线距离超过4200千米),因此两架飞机几乎在满油状态!

175号班机撞上南楼的78至84层(总共110层),11号班机撞入的是北楼94至98层!撞入世贸大厦后,两架飞机剩余的燃油都超过了3.8万升,这些燃油注入了楼层,在各层间引起了燃油瀑布,蔓延到哪里就烧到哪里!

尽管当时还没有可拍照的手机,但在DV机非常普及的美国有超过40台DV设备录下了飞机撞上大楼的影片,其中还包括直升机上完美角度拍摄!笔者当年刚上班不久,被这些照片和飞机撞击的镜头惊到目瞪口呆,久久说不出话来!

毕竟1999年5月8日美国悍然轰炸南联盟中国大使馆过去过去不过两年!当年种花家也是热血青年,还是学生会干部,因此参与了组织抗议美国悍然轰炸大使馆的游行,去年在同学会中还提起此事同学们仍然义愤填膺!但毕竟这种行为是针对普通民众的,理智上仍然让笔者对美国无辜民众的遭遇表示同情!

话题扯远了,还是回到为什么不会立即倒塌的话题上来!

尽管世贸大厦南楼在撞击起火56分钟后倒塌,北楼在半小时后也坍塌,但看上去如此单薄的高层建筑,在经受波音767飞机高速冲撞后仍然屹立不倒,实在是个奇迹,它为什么能在如此强大的冲击下还能矗立?

上图是波音-767各系的基本参数,其中翼展47.57米、长度则在48.5米-61.4米之间,满载重量则在140~210吨之间,巡航速度则在913千米/小时,大约250米/秒!低空飞行大约也在700-800千米/小时左右,其冲击力可想而知。

注册编号:N334AA, 767-200的11号班机撞入北楼

世贸大厦双子塔位于纽约曼哈顿下城,两座大楼一南一北,都是是110层,楼高则分别是415米和417米的管状建筑(中间是电梯以及设备维护间,周围是开放办公室),电梯则分为三段,整个结构如下图:

世贸大厦建筑平面以及大致结构图

整体上看这是一座超高层建筑,平面图呈一个边长63米的正方形,钢架结构,这是现代高楼中一个典型的建筑方案,钢架提供了超高强度,其抗冲击力与抗压能力都非常优秀,而且重量要比相同强度的水泥小得多。

兴建中的世贸中心(1970年5月1日拍摄)

911事件发生后,MIT(麻省理工)的T. Wierzbicki教授以及余同希教授对世贸大厦双子塔的抗冲击力强度以及波音美航11号班机的装载质量与飞行速度产生的撞击能量进行了计算,结果显示双子塔的抗冲击极限是5*10^7牛顿,但美航11号班机产生的冲击力大约只有2.4*10^7牛顿,尽管在同一个级别,但还有一半余量!

两栋大楼遭到撞击示意图。左上角为北塔,右下角为南塔。

因此双子塔南楼和北楼都抗住了冲击,撞击北楼的美航11号班机由于位置非常正,所有电梯和楼梯彻底破坏,被撞楼层以上的1344人无一人逃离!175号班机撞击南楼比较偏一些,因此仍然保留了一个楼梯可供逃离,因此在撞击起火到倒塌的一个来小时中,大量人员得以逃生!

世贸大厦为什么又在起火将近一小时后轰然倒塌?

在大家的印象中,大火尽管能将一座大楼烧毁,但最终还是剩下一个框架,这世贸双子大楼经受住了撞击,这表示其设计强度是非常优秀的,为什么大火就能将一座大楼给烧坍塌了?

其实这关键就出在这大楼的钢架结构上,因为这两架准备跨越美洲大陆的航班上携带了3.8万升燃油,尽管航空煤油是一种非常难燃烧的燃料,但撞击的高温还是让其开始了剧烈燃烧,而大楼的上下通风道结构,给大火提供了大量新鲜氧气,类似于火箭炉效应!

撞入北楼的11号航班撞断了外墙35根钢柱,但内筒结构完整,并且世贸大厦的钢梁外部包覆有隔热层,已经考虑到了大楼发生火灾时的情况,但航空煤油持续燃烧产生的高温(油燃烧能产生的高达1100度的高温,钢材一般在425度就开始软化,650度会丧失一半强度),让钢架结构只设计了普通火灾的隔热层无法抵挡,最终强度降低导致结构崩溃!

世贸大厦外框的钢架预制件(错开布置)

结构崩溃后才是灾难的真正开始,因为北楼以上还有16层,南楼以上还有26层,其巨大的重量因为结构崩溃后冲击在下层建筑上,在这个巨大质量的冲击下,直接将下面结构完整的一层给压溃缩了!而这层和上面的所有重量继续冲击下一层,一直往下,直至最后整幢大楼全部坍塌!

假如撞击高度再高一些,比如在100层以上,那么顶部的坍塌还不足以导致整座大楼一塌到底,当然事情不会有如果!而在911之后,美国已经走上了另一个极端,而在2020年,则是这个极端的另一个顶峰,我们并不知道世界会如何走向,但瞎折腾迟早有一天要还的!