发信人: halifax (抗震王子), 信区: DC
标  题: 世界贸易中心大厦倒塌机制综述(转自同济桥梁系版)
发信站: BBS 水木清华站 (Sun Sep 16 10:40:36 2001)


                  世界贸易中心大厦倒塌机制综述

   自从世贸大楼倒塌事件以来，偶每天都到同济桥梁系版看大家对此次事故的点评。今
天偶也来说点，顺便给大家做个综述：）
   首先我想说“二次爆炸”理论并没有明显的证据，而且不能对二次爆炸的规模做出估
计，所以我在分析中姑且认为不存在这次爆炸。
   下面我来做一个世界贸易中心大厦倒塌的全过程分析，请大侠们点评：
   美国东部时间9月11日上午8时45分，一架波音767飞机（载燃油30吨）撞上了世贸中
心南楼的上部（偶估计在上部1/8处），18分钟后，又有一架波音757飞机（载燃油45吨
）撞上了世贸中心北楼（有天线塔的那栋）的边角处。两架飞机均钻入了大楼内部并爆
炸起火。可以想象，既然飞机穿过了密柱深梁的外框架，也肯定就能滑过从外框筒到内
框筒这短短的10余米的距离，最后一头撞在内筒壁上爆炸起火，内筒壁也被撞出一个大
口子，几十吨的航空汽油撒满了整个楼层。大楼核心部分温度很快就达到了1000度以上
的高温，整个楼层烈焰腾腾，外框筒的箱形柱也在强烈的热辐射下超过了250度（蓝脆区
段），外柱也变得很脆。由于外冷内热，外柱开始向外部弯曲。经过一个多小时的燃烧
后，与受撞楼层相邻的几个楼层（特别是内框筒）都达到了很高的温度。量变积攒成了
质变，10点左右，南楼首先开始倒塌。倒塌是从被撞击的楼层开始的，由于内框筒被撞
了一个大洞，所以该层内框筒好象是个开口的薄壁杆件，抗扭能力显著下降，加上大火
的影响，内框筒开始失稳，大楼结构的竖向受力体系开始坍塌，上部1/4结构带着速度不
大，但质量很大的动量冲向下部结构。担负竖向受力体系的内框筒由于大火的影响产生
失稳破坏，而大楼的楼面结构是支托在内外筒壁之间的钢珩架上的，于是担负水平受力
体系的外框筒在钢珩架的拉拽下也向内坍塌，从外表上看就象是定向爆破的效果一样。
在经过几层因高温而薄弱的内框筒失稳破坏而加速之后，原来完好的内框筒也不可能抵
抗如此强大的冲量，整个大楼的倒塌已经不可避免了。多米诺骨牌效应开始发挥作用。
以下的破坏应该是强度破坏。10点29分，北楼开始倒塌。就这样，曾经世界第一的摩天
楼倒下了，粉碎的混凝土楼面造成的烟尘形成了一朵蘑菇云。
   下面我再对几位大侠的说法提出些想法。
    blackkey认为，大楼自上而下的逐层倒塌正说明结构没有发生整体失稳。
*我以为，大楼没有也不可能发生整体性的失稳，因为整体性失稳是由于整个压弯结构刚
度很小或压力很大以及受压偏心距很大造成的 。但这里一架100多吨的飞机还不足以改
变这几点。所以结构不是发生了整体失稳，而是内框筒的局部失稳加上多米诺骨牌效应
造成了这一切。
    GunAndRose认为，第二架飞机撞在了北楼的边角处，由于框筒结构的剪力滞后效应
，角部承载的应力相对来说较大，所以相对第一次撞击来说，第二次撞击造成的破坏更
大而导致了北楼反而先倒塌。
*我以为，飞机撞击的位置是在大楼的中上部，而剪力滞后效应引起的柱轴力分布不均匀
是随着框筒高度的增大而趋平缓的。在撞击的这个高度上分布已趋一致了。而且世贸中
心的密柱深梁体系、方型平面也是减少剪力滞后的一种有效措施。所以，世贸中心两楼
的倒塌顺序应该不是由于这个原因。具体的原因或许按照Waller转载的帖子上说的：后
倒塌的大楼，撞击位置较低，受力结构的层压力大，因而首先进入破坏状态。但倒塌的
先后顺序应该是由多种因素决定的，相差时间也不是很长，所以也没必要在这个问题上
深究。
   另外我想说的是，恐怖分子选择这个高度撞击是不是还有其它的道理。比如说，在第
78层，也就是大概距地面7/10处有大楼的电梯转乘大厅。前面我转载的文章里已经介绍
过了：“世贸中心在高程上划分为三个区段，将第44层和第78层辟为电梯转乘之处，称
为空中大厅。大楼中有一些电梯从底层分别直达第110层、第78层和第44层。其余的电梯
分别行驶于三个区段之内。…… ”，大部分电梯都是局部区段的电梯，它们的滑轮组就
设置在第78层这个部位。所以如果撞击比较准确，可以造成撞击点上部的人下不来，下
面直到44层的人也下不去了。人员伤亡会更大。另外，撞击大楼下部也不是没有可能的
。因为世贸大楼毗邻海湾，从西部冲击还是又可能的。恐怖分子可能是考虑到角度太刁
钻，而且下部柱子截面整整比上部大一倍，可能难以钻入楼内爆炸而取消了这个方案的
。
   这次倒楼的启示：
GunAndRose提出了“连续倒塌极限状态”的概念，我觉得很对，但他想把这个概念和承
载能力极限状态和正常使用极限状态并列就不太对了。因为现在《规范》中的这两种极
限状态是对单个基本构件来说的，而不是针对结构。在《规范》中不可能针对某一个特
定的结构来定出“连续倒塌极限状态”的功能函数和极限状态方程，以及做可靠度分析
。这种“连续倒塌极限状态”只能在一些重要的结构中来独立分析考虑。
不光是撞机这样的偶然事件可能造成“多米诺骨牌”式的整体毁坏，我觉得很多情况下
都可能发生。比如说地震。大家都见过这样的图片，就是地震后底部框支的剪力墙结构
整体坐在了毁坏的下部框架上。但是如果某座高层在地震中结构上部有某个比较柔弱的
层先发生破坏，就很可能会导致与这次“偶然”事件相同的多米诺骨牌式倒塌。所以研
究这种倒塌机制是很有必要的。
   感谢GunAndRose、fuan、blackkey、foot、waller、tjmm。本文引用了很多你们的观
点。
--
    wake from your sleep,
    the drying of your tears ,
    today,we escape
    we escape...


※ 修改:·halifax 於 Sep 16 10:41:28 修改本文·[FROM: 202.113.189.220]
※ 修改:·halifax 於 Sep 16 14:02:18 修改本文·[FROM: 202.113.189.220]
※ 来源:·BBS 水木清华站 smth.org·[FROM: 202.113.189.220]