美國的建筑有一個特點,這個特點造成了美國建筑結實,抗震性能好,建設周期快,但是也帶來了其他方面的一些問題。 在這里,讓我們把目光投向歷史的長河,回溯100年前。奠定美國建筑這些特點的,是一位偉大的人物,鋼鐵大王安德魯.卡內基。卡內基1835年出生在蘇格蘭,父親是個織布匠,母親為別人縫補鞋子賺取微薄的收入。13歲那年,卡內基來到了美國,他從給別人當童工開始,白手起家打造了一個鋼鐵帝國。19世紀末20世紀初,卡內基鋼鐵已成為世界上最大的鋼鐵企業。
而紐約當時成為世界的經濟和金融中心,隨著城市的快速擴張,建筑業蓬勃發展。在卡內基鋼鐵龐大的產能的支持下,美國建造了大量的以鋼結構為主的高層建筑。 由于鋼結構建筑全部可以在鋼鐵企業內定制裝配件,施工單位只負責在現場組裝就可以。不需要混凝土等攪拌設備,并且很少用到腳手架和塔架,因為鋼結構本身就是腳手架和塔架。除此以外,鋼結構不需要混凝土的凝固時間,幾乎不需要用水,施工場地的清潔性,施工速度,工地產生的噪音較鋼筋混凝土建筑有巨大的優勢,非常適合在狹窄的空間操作。 在美國這種土地私有化,法律嚴苛的國家,在城市擁擠的街道上安靜快速的搭建一座建筑物,用鋼材是最好的選擇。從此,鋼鐵成為美國摩天大樓的首選建設材料。
》前世貿中心的雙子塔,就是鋼結構建筑。 該建筑是上世紀70年代初設計和建造的,高出地面411米,基礎深入地下21米。 每一個單獨的塔樓中心結構都是一個鋼桁架,這些獨立的鋼柱分布在27米×40米的矩形范圍內,貫穿建筑全高度,支撐建筑物的全部重量。每一層樓都是“掛”在這個鋼架上的。在建筑物的外圍還有間隔一米的方形中空鋼柱圍繞。整個鋼結構非常強大,不僅承擔著5個尼米茲級航空母艦的結構重量,還可以抵御5000噸的側向風荷載和9級地震。
由于鋼結構的強大,所以整棟建筑的建筑材料只占到整體體積的5%,其余95%是空氣。這個比例和一個雞蛋殼占整體雞蛋的比例差不多。 這也為后面的災難埋下了隱患,因為整個結構看起來就像一個巨大的充滿空氣的燒烤架。 》2001年9月11號,美國當地時間上午8:46,美國航空公司11號航班撞擊世貿中心1號塔(北塔);17分鐘后,美國聯合航空公司的175號航班撞擊世貿中心2號塔(南塔)。
兩架飛機的機型都是波音767,每架飛機的油箱里都有9萬升航空煤油。 撞擊發生后,撞擊一側的外部鋼柱被切斷,中心結構主承重鋼柱只有少數被毀。世貿中心大廈塔樓的設計要求是能夠承受結構重量5倍的重量,所以飛機的直接撞擊并沒有對塔樓的結構造成嚴重破壞。 飛機內的燃油在大樓內燃起了熊熊的大火,由于高樓的煙囪效應,火勢燒得很旺。但是仍然達不到融化鋼鐵的溫度,融化鋼鐵需要1500度以上的高溫。
》但是鋼結構在高溫下強度會降低,根據設計要求,建設世貿大廈的鋼材在650度的時候還應該擁有50%的強度。 在大火中主承重鋼柱仍然屹立不倒,但是承重柱之間的聯系梁因為受熱彎曲,導致上層的混凝土地板塌落到下一層。多層樓板的塌落導致在其中一層上集中了45,000噸的結構重量,聯系梁產生的拉應力拉彎了主結構鋼柱,導致主結構鋼柱失穩。
失去鋼柱的支撐后,在重力的作用下,上層建筑幾乎是以做自由落體的姿態向下跌落了15米左右。這導致了上層建筑整體以20米每秒的速度撞擊在下層建筑上,像一個重錘把整個建筑從頭到腳砸垮了。 》塔樓垮塌的速度只比自由落體稍微慢了兩秒鐘。 塔樓內按照原設計有完善的消防系統,但是撞擊摧毀了大部分的消防系統,并且90立方米的燃料數量遠遠超過了消防設計標準。雖然如此,這兩棟塔樓在撞擊事件中的表現仍然可圈可點,在沒有任何消防措施的情況下,屹立了兩個多小時。
911事件中,遇難人數一共為2996人。本世紀初發生的這件事,不僅僅影響了高層建筑物的防火設計,更深刻的影響了世界的地緣政治格局! |
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