世贸大厦倒塌的结构学分析

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《材料与社会》世贸大厦坍塌的材料学追思

1.3 世贸大厦坍塌的材料学追思世贸大楼简况：纽约世界贸易中心大楼位于曼哈顿闹市区南端，雄踞纽约海港旁，是美国纽约市楼层最多的摩天大楼。

它由纽约和新泽西州港务局集资兴建，原籍日本的总建筑师山崎实负责设计。

大楼于1966年开工，历时7年，1973年竣工以后，以110层、411m的高度作为摩天巨人而载入史册。

它是由5幢建筑物组成的综合体，其主楼呈双塔形，塔柱边宽63.5m。

大楼采用钢架结构，用钢7.8万吨，楼的外围有密置的钢柱，墙面由铝板和玻璃窗组成，有“世界之窗”之称。

塔楼坍塌的原因：波音飞机为什么能够撞倒像世贸中心塔楼这样坚固的庞然大物?据当时世界最权威的科技杂志之一的《科学》杂志报道：专家们相信，塔楼坍塌的首要原因是:飞机上约有3万公升的油料爆炸后，在局部形成了1000 ℃以上的高温以及引燃了某些可燃的建筑材料及楼内可燃物质。

需知几乎任何材料一旦在较高温度时其强度都会迅速降低：如从室温上升到600℃，45钢的抗拉强度下降一半(从调质或正火态的约800MPa降至400MPa)；铝合金在400 ℃时的强度仅为室温时强度的10%不到。

按照当初的设计，如果是在20世纪70年代，世贸中心塔楼是能够经受住那时的飞机撞击的。

这一方面由于塔楼简直就是钢铁巨人，其钢架结构外围的密置钢柱的柱与柱之间的距离(即窗户宽)仅0.5m宽；另一方面，其钢梁钢柱表面涂有耐火材料。

世贸中心的设计者曾为了比喻大楼的坚固，说：“如果有一架波音707以每小时180英里(1英里＝1.61km)的速度飞向大楼，只有它撞击到的7层会被损坏，其余的部分仍然会站在那里，整个大楼也不会塌”。

每小时180英里是纽约允许空间飞行物飞过城市的最高速度。

但是这个美籍日本人如果还活着也难以料想，真会有人驾着飞机冲向他引以自豪的空间控制感极美的双塔。

事实上，纽约人看到的是一架波音767飞机，速度是每小时400-500英里，并在距离大楼不远的地方开始加速。

所以问题在于，现在的飞机越来越大．专家指出，对于如今喷气式飞机燃料所引发的大火，绝大多数建筑物内的灭火装置根本不起作用，而支撑塔楼的钢梁钢柱经过600 ℃以上的持续烘烤，必然发生严重软化，原有的强度几乎丧失殆尽。

Project 1世贸大楼倒塌事故的调查与原因分析

世贸大楼倒塌事故的调查与原因分析尹航（6123310701），刘嘉磊（6123310702）摘要：美国纽约世界贸易中心在911事件中的倒塌不仅造成了巨大的人员、财产损失，也对全世界范围内土木工程设计产生了重要影响。

本文通过参考多方调查数据以及对于大楼受爆炸冲击、火灾影响的数值分析，得出结论：“9·11”恐怖袭击事件造成纽约世贸大楼的内部竖向承重钢结构的防火保护层在爆炸中严重脱落，火灾高温使钢材强度大幅度降低，导致着火层群柱失稳，上部巨大的冲击荷载把下层柱逐层压，从而引发连续坍塌。

最后对超高层建筑的结构从抗爆、耐火等方面提出相关设计建议。

关键词：世贸大楼倒塌撞击爆炸影响火灾影响超高层建筑设计建议耐火性设计建议1.引言2001年9月11日，恐怖分子劫持民航客机撞击美国纽约世贸中心双塔楼，随后的爆炸和火灾使大楼坍塌，造成3000余人死亡或失踪，经济损失无法估计。

“9·11”事件留给人们无尽的思考，也给今后超高层钢结构设计带来严峻挑战。

分析与总结人类用如此巨大的代价换来的教训与经验，对今后超高层钢结构设计具有重大意义。

2.世贸大楼倒塌事故的调查美国国家标准技术研究所承担了本次事故世贸中心大楼倒塌原因的主要调查工作，经过了将近两年的时间于2004年6月19日发出总结报告：世贸大楼的设计者当初可能对该建筑的风力荷载量严重估计过低，导致大楼抵抗袭击的能力下降。

同时塔楼打防火涂层和灭火设施未达到标准，没有对火灾达到良好的遏制，飞机撞击大楼后，世贸大楼内大火温度高达1093℃，所以即使是铜铸铁打也不能不塌。

大火之所以摧毁大楼，是由于楼内的防火和灭火设施靠不住。

在正常情况下，大楼的灭火系统应该可以控制火势。

但是，飞机撞击损坏了楼内的防火层，切断了部分水管，碎屑粉尘堵塞了洒水装置，导致洒水装置无法运作，大火完全失控,使得火灾成为大楼坍塌的主要原因。

下面是关于世贸大楼及911事件的调查数据统计：2.1世贸中心工程概况数据纽约世贸中心建成于1973年，由两栋110层的方形塔楼和裙房组成。

世贸大厦坐塌分析与高层建筑的分区隔震

刀屯。
图１力学模型
大于钢材的屈服应力（２５ａ，约１ＭＰ）这使得世贸大厦在冲击部位被穿透，飞机高度范围内３层的楼－７层形成整栋大厦的薄弱层，为上部建筑物对下部建筑的冲击提供了空间。
１２飞机爆炸冲击产生的竖向波动．
超高层建筑分区拉制方法的启示
钢结构２００７年第８期第２２卷总第９８期
万方数据
许佳萍，世贫大及 “ 等坐塌” 分析与高层建筑的分区隔震
建筑结构的隔震、振动控制技术经过数十年的发展已纳人了结构设计领域，其中最为成熟的是结构隔震技术，特别是基础隔震技术。从目前的情况来看，隔震技术主要用于层数较少的多高层建筑物，在超高层建筑领域中还有待发展。目前的超高层建筑物的振动控制体系造价较高，且其占用较大的建筑空间。另外，目被动调谐减震控制”Ｔ）从前“ （ＭＤ技术来看可以把经过改造的基础隔震技术用于超高层建筑物上部结构。３２超高层建筑的分区控制思想及其工作原理．虽然隔震技术目前较为成熟，特别是在基础隔震中，但把基础隔震技术直接用于超高层建筑的上部结构中存在较多的问题。另外，在现有的混合结构体系中，特别是商住楼结构体系，下面是框架结构上部是砖混结构或剪力墙结构，两种不同的结构在体系转换的部位要设计结构转换层。转换层一方面承受上部结构的荷载，另一方面在地震区承担消耗地震能量的作用。由此得到启示：把隔震装置和振动控制装置设计成结构隔震层，而结构底部的隔震装置可以应用基础隔震技术，隔震层的参数计算其有别于不同区域之间的结构隔震层。其作用机理是：在地震荷载或风荷载作用下，基础隔震层和不同区域间的结构隔震层，发生变形耗能，起到保护主体结构的作用；二层以上区域包括第二层相对于第第

纽约世贸大厦为何瞬间坍塌

纽约世贸大厦为何瞬间坍塌纽约世界贸易中心大楼位于曼哈顿闹市区南端,雄踞纽约海港旁,是美国纽约市最高、楼层最多的摩天大楼。

大楼于1966年开工，历时7年，1973年竣工以后，以411米的高度作为110层的摩天巨人而载入史册。

它是由5幢建筑物组成的综合体，其主楼呈双塔形，可容纳5万名工作人员，同时容纳2万人就餐。

其楼层分租给世界各国800多个厂商。

大楼采用钢结构，用钢7万8千吨，楼的外围有密置的钢柱，墙面由铝板和玻璃窗组成，有“世界之窗”之称。

2001年9月11日双子塔遭受飞机撞击后，挺立了近两个小时之后突然坍塌。

从电视里看到大楼坍塌的人都有一个疑问：为什么其坍塌跟定向爆破一样那么迅速？由于瞬间的坍塌，许多困在里面的人员和跑进去救火的消防队员来不及撤离，牺牲在里面。

这要从纽约世贸大楼的结构说起。

世贸大楼的设计是在1960年完成的。

这世界第一高楼真是钢筋铁骨，大楼的外层是坚硬的钢铁骨架，大楼中心的电梯通道和天井则是由钢索和水泥构成的：一根垂直的水泥柱从顶层通向底层，水泥柱里包着几千条垂直的钢索。

这样的结构是刚中有柔，可以使大楼承受强风和地震，当强风吹来时，大楼楼顶拉到地基的钢索回像果冻一样摇晃，缓冲了破坏力。

就像一个木条钉的包装箱外面有缠了许多绳子一样，可以使木箱抗冲击。

钢索外面的水泥目的是防火的，水泥可以延缓热的传递。

世贸大楼的坚固性在1993年得到检验，当时一颗炸弹在建筑物内部爆炸，但没有造成很大的损坏。

但是9·11的情况不一样。

当飞机对着大楼拦腰撞上，91000升燃油在撞破的大洞中猛烈地燃烧时，产生的高温使大楼的钢骨开始熔化，这是设计师从未料到的。

本来是加固大楼的钢索成了拖垮大楼的凶手。

这是为什么？打个比方，用12根木棍做一个长方体，这个架子不很结实，我们用绳子上下缠紧，架子会变得结实。

现在如果作为立柱的木棍断裂了，在绳子的拉力下木架会倒塌得更快。

钢柱熔化了，钢索失去了支撑会牵动上面的东西迅速落下。

世贸大厦倒塌原因

浅谈世贸大厦倒塌原因及对高层建筑的思考2001年9月11日8：45(美国当地时间，下同)，一个举世震惊的时刻，一架恐怖分子劫持的民航飞机撞击世贸中心美国纽约摩天大楼北楼，大火燃烧后引发爆炸。

第二次9：03，第二架飞机撞击南楼，同样大火燃烧引发爆炸，至lO：00和10：29，由于火猛温高至使南北大楼相继坍塌。

霎那间，那块标志着美利坚繁荣的地段，只留下一片向东飘去的浓浓黑烟和大量废旧钢铁，那未来超高层建筑的去向如何?大厦概貌世界贸易中心是纽约的一个建筑群，由7座建筑物组成。

核心部分是两座110层，各高417m、415m的摩天大楼。

予1966年开工，1973年竣工。

大厦有84万平方米的办公面积，可容纳5万名工作人员，同时可容纳2万人就餐。

其楼层分租给世界各国贸易多个厂商．还设有为这些单位服务的贸易中心、情报中心和研究中心。

楼中共有电梯104部，含23部高速电梯，地下有供停车2000辆的车库，并有地铁在此经过、设站。

世贸中心的外圈结构为密柱深梁框筒，由240根钢柱组成，棰柱距1．02m。

内部核心区为47根钢柱形成的框架，用以承担重力荷载。

框筒柱采用450mm×450mm方管，从上到下，外形尺寸不变，靠改变壁厚来适应结构不同的受力条件。

总用钢量约20万吨，为了增强框筒的竖向抗剪强度，减少框筒的剪力滞后效应，利用每隔32层所布置的设备楼层，沿框筒各设置一道7m高的钢板圈梁。

大楼顶部的风速按255公里／小时计算，所产生的风压达到了400kg/m^2。

为了防止大风引起的振动和位移，世界贸易中心的第7层至107层的中桁架下面都装了减振器。

当最大风速时，测得顶部的位移量仅28cm。

这对于人的感觉来说，已难以觉察了。

在防火问题上，世界贸易中心采用了石棉水泥材料防火，在裸露的钢结构上部分全部喷涂了3mm厚的石棉水泥防火层。

为了防止高层建筑电梯井产生的烟囱(拔风)作用，井四周设计成用防火墙及防火门包起来的安全防火区，安全区内备有消防龙头供消防队使用，顶部的机械层放有一个容积为18．5立方米的水箱。

世贸大厦“坐塌”分析与高层建筑的分区隔震

ＸｕｄＪｎＺｈａｎＴｏｎａｐｉｇｇｇｚｈｏｎｇＹａｎＷｅｉｂｏ
（ｅｉｇＫｅａｏａｏｙｏａｔｑａｅＥｎｉｅｒｇａｄＳｒｃｕａＲｅｒｆ，ＢｉｎｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙＢｉｎ１０２）ＢｉｎｙＬｂｒｔｒｆｒｈｕｋｇｎｅｉｎｔｕｔｒｌｔｏｉｅｉｇＵｎｖｒｉｆＴｃｎｌｇｅｉｇｊＥｎｔｊｔｊ００２
摘要飞机撞击和爆炸产生的应力波在楼体中的传播和叠加，生了巨大的反复破坏应力，得世贸大厦承重产使
结构发生塑性破坏，而使之发生“ 从坐塌 ” 而非倾斜倒塌。世贸大厦冲击部位上部结构倒塌虽然不可避免，可通但过采取一定的减震措施来避免下部结构的倒塌。鉴于此，出了超高层建筑结构振动分区控制的思想，为今后提并
ｃｃｐｔｏｏｎｅｉｎ．
ＫＥＹＯＲＤＳｈｉ — ｉｅｂｕｉｄｎｇＷｇｈｒｓｌｉ
ｖｂａｉｏｎｒｉｒｔｏｎｃｔｏ１
ｓａｅｕｂｒａ
１世界贸易大厦 “ 塌 ” 因简析坐原
飞＿机
根据工程波动理论和冲击力学理论，把世贸可大厦的破坏过程分为：）１飞机冲击产生的剪切波动；２飞机爆炸冲击产生的水平和竖向波动；）时间）３长高温燃烧和燃烧部分材料的软化；）撞部位上部４被结构的倒塌对下部结构的动力放大。

世贸大厦破坏分析研究

根据《军事大辞海》，战争是敌对双方为了一定的政治、经济目的而进行的有组织、有计划暴力行动，是人类社会发展到一定历史阶段的特殊社会现象，是阶级和阶级、民族和民族、国家和国家，政治集团和政治集团之间矛盾斗争的最高形式，是政治通过暴力手段的继续。
它到底是不是战争？各家评说不是十分一致，但是，它是目前为止人类历史上最大的恐怖事件，这是毫无疑问的。

2、油箱的强力爆炸：扩大破坏范围，导致燃油扩散
波音757飞机可载约35吨的燃油，波音767飞机可载燃油51吨。撞击爆炸产生的能量相当于2万公斤的黄色炸药，通常摧毁50层的大楼只需800公斤黄色炸药。

爆炸使爆心区域的钢结构完全破坏，爆炸的强力冲击波和破片的高速飞射使塔楼结构进一步的损坏。爆炸冲击波以应力波形式在塔楼结构中向下传播，产生偏心应力，造成局部结构屈服失稳。这种作用将传递至塔楼基础，对基础也将造成很大的影响。
美国世贸大厦破坏分析
世贸大厦破坏分析
•世贸大厦惨遭毁灭的大致过程
•世贸大厦与波音飞机的基本情况 •世贸大厦倒坍破坏的主要原因
•世贸大厦破坏引出的主要观点
一、世贸大厦惨遭毁灭的大致过程
2001 年 9 月 11 日上午 9 时，美国爆发全国性恐怖事件，美国纽约和华盛顿的主要建筑世贸大厦、五角大楼、国会山接连遭到恐怖主义分子袭击,令美国和世界震惊。

四、世贸大厦破坏引出的主要观点
1、恐怖活动首次与战争划上等号
在美国防部长拉姆斯菲德的陪同下， 9月12日布什视察了被炸的五角大楼。
北京时间 9 月 12日 22点 45 分（美国东部时间 9 月 12日上午 10 时 45分），美国总统布什在国会发表遭遇恐怖袭击后的第四次讲话，正式宣布这次恐怖活动是“战争行为”，美国将对这个事件追查到底，对恐怖分子决不姑息纵容，不管他躲在哪里。

纽约世贸大楼倒塌原因数值分析

纽约世贸大楼倒塌原因数值分析1、背景2001年9月11日，恐怖分子撞击美国纽约世贸中心双塔楼，随后的爆炸和火灾使大楼倒塌，造成3000余人死亡或失踪，经济损失无法估计。

“9.11 ”事件留给人们无尽的思考，也给今后超高层钢结构设计带来严峻挑战。

总结人类用如此巨大的代价换来的教训与经验，对今后超高层钢结构设计具有重大意义。

2、大楼倒塌粗略分析2. 1世贸中心工程概况73年建成，由两栋110层的方形塔楼和裙房组成塔楼地上部分：110层，高417m平面尺寸：63.5m X 63.5m服务性核心区平面尺寸：42mx 26.5m标准层层高：3.66m结构体系：钢框筒四周为密柱深梁型框筒，主要抵抗水平荷载。

框筒：240根钢柱，柱距为1.02m （9层以上）,柱截面为450m材450mm方钢管，其壁厚沿高度不等大楼（8层以下）：三柱合一，柱距3.06m，柱截面放大到686m材813mm窗裙梁：截面高度1320mm框筒立面开洞率：24%内部核心区：47 根钢柱组成的框架，用以抵抗竖向荷载核心区的一般柱截面：450mr K 450mm方钢管防火保护：喷涂石棉水泥，厚度为30mm2．2 撞击损毁推断南楼：撞击点在78-84 层，62min 后倒塌北楼：撞击点在93-98 层，103min 后倒塌撞击北楼的波音757 飞机：机身宽度3.8m，翼展38.05m,高为13.56m，最大起飞重量1111320N ,最大载油量42600升，巡航速度917km/h,最大载客178-239人，实载92人。

撞击南楼的波音767 飞机：机身最大宽度5.03m，翼展47.57m，机高为15.85m，最大起飞重量1560258N 最大载油量51130kg，最大油量航程为9530km，最大巡航速度898km/h，最大载客269 人，实际载客65人。

假设飞机实际质量为120000kg，速度为700-800km/h，则撞击动能约为（2.27- 2.96）X109J ;结构的变形能和被撞断的梁、柱的冲击功可粗略估计，但飞机残骸的剩余动能、机体毁坏耗能以及转化出的热能、声能很难估计。

结构抗连续倒塌设计方法分析

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汉城三丰百货倒塌事故现场
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2.3 地震作用
由于在地震作用下结构进入非弹性大变形，造成构件失稳，使得传力路径失效从而引起结构的连续倒塌。如2008年汶川大地震，即造成了2300多万间房屋损坏，其中倒塌的房屋就多达650万余间的结果。
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2.4 连续倒塌的本质原因
由于破坏力作用下结构进入非弹性大变形，构件失稳或者造成部分承重构件失效，传力途径失效引起连续倒塌:
➢如图4.2所示为都江堰市某商住楼，六层底框结构，底层的柱混凝土被压溃，该支撑已失效但结构并未发生坍塌。
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图4.2 都江堰某商住楼地震下底框柱支撑失效
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4.3 关键构件法
➢对于拆除后可能引发大范围坍塌的结构构件，应设计为“关键构件”或者“重点保护构件”，使其具有足够的强度能在一定程度上抵御意外荷载作用。
该通过结构内部拉结体系来保障。
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➢准则二:多重荷载路径设计法，该方法要求结构工程师通过瞬间“去掉”某根构件来模拟该构件失大范效围，的并破原受保有额坏证荷外。“载的去组34掉K合N的”/m基构2础的件上均后各不，个荷方载结向构应不能会承发生过
➢准则三:从整体结构中分析出关键构件（某构件失效时其上部不能形成跨越能力时，这个构件就是关键构件），抗连续倒塌设计时应该对这类构件进行重点保护。
RC结构抗连声倒塌设计方法分析
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1、概述
➢定义：结构的连续倒塌是指由于偶然意外荷载和
作用造成结构的局部破坏，并导致结构产生非稳
定的连续性破坏发展。
➢特点：与一般结构抗风、抗震等防灾设计中注重
的整个完好结构抵御灾害荷载的能力不同，结构抗连续倒塌设计中考察的是因意外事件导致部分构件失效退出工作后，剩余结构的抗倒塌能力。

纽约世贸中心大楼完全塌落原因分析

大楼倒塌的内部结构原因和过程可能要过许久才能调查清楚，甚至可能永远成为一个迷。

但是通过分析相关资料和电视图像，专家还是可以得出一个初步的塌楼的分析结果。

纽约世界贸易中心大楼曾是世界第一高楼，它高411米，单个塔楼的重量约5万吨，美国凭借高强度的建筑钢材，和高水平的结构设计技术建成了这个庞然大物。

事实证明纽约世界贸易中心大楼的建筑钢材和结构设计都是过得硬的，大楼不仅经历了近30年的风雨依然完好，甚至这次飞机的巨大撞击也未能使之立即倾倒。

撞击大楼的波音757飞机起飞重量104吨，波音767飞机起飞重量156吨，它们的飞行速度大约是每小时1000公里。

从速度比这小得多的汽车相撞事故，可以想象这次大型客机撞击大楼的冲击力有多么的巨大，但据幸存者描述，飞机的撞击使大楼虽然晃动了近1米，但无论是内部还是外部并没有严重塌落，这是大量楼内工作人员得以逃生的关键。

然而超高层建筑无法回避的固有缺陷，使纽约世界贸易中心大楼这样高水平的大楼还是未能躲过彻底毁灭的命运。

超高层建筑必须使用钢材建造，而钢材有一个致命的缺点，就是遇高温变软，丧失原有强度。

为避免因此引发灾难，建筑钢材上都涂有防火涂料等防护物，然而这样低水平的防护，对付一般的小灾小火还可以应付，但遇到如此猛烈的火灾，钢材防火涂层根本不可能应付。

这次撞击大楼的波音757飞机大约可载35吨燃油，波音767飞机可载51吨燃油，由于是从美国东部飞往西部的远程航班，所以飞机上的油箱估计装满了燃油。

在起飞后这些飞机很快改变航线撞击纽约世界贸易中心大楼，机上燃油消耗很少，几乎将它们的满满一飞机油箱的优质航空煤油都撒到了大楼里，燃起了熊熊大火。

长时间猛烈的大火烧软了飞机所撞击的那几个楼层的钢材，而它上部楼层约数千吨到上万吨的重量自然就会落下来，像一个巨大的铁锤，砸向下面的楼层，对下面的楼层结构的冲击力远远大于其原先静止时重力，下面的楼层结构自然难以承受，于是一层层垂直地垮塌下来。

世界贸易中心倒塌原因浅析

维普资讯
许清风，：界贸易中心倒塌原因浅析等世
成，其主要建筑是两座并立的姊妹搂，日裔美籍建由
一
般火灾燃烧产生的温度，且办公楼也没有预防航
筑师山崎实（ｎｒＹｒｓｋ）计。两座大楼均Ｍｉｕａａａｉ设ｏｎ
９０ｍｍ的钢桁架上，压型钢板为模板，注１００以浇０ｍｍ厚的轻混凝土而成。为了保证结构使用的舒适度．楼盖梁与外柱之间设置粘弹性阻尼器以部分在减小由侧向荷载引起的结构位移；同时每隔３２层设
点发生断裂破坏，的甚至导致钢结构的倒塌。在有飞机巨大撞击和爆炸冲击波的联合作用下。件由构
于应力波的作用也存在冲击韧性不足的可能。而构件冲击韧性和延性的提高是防止结构发生连锁倒塌的有效措旌Ｌ。２Ｊ
３．撞击引起的激振效应３
的破坏。
一
置２层楼高的腰梁以提高结构的刚度和整体性。
２世界贸易中心倒塌过程描述美国东部时间２００１年９月１日，架波音１一
７７飞机（６载燃油３后，９～９；８ｍｉ～架波音７７飞机（燃油５载
架飞机携带的大量航空燃油爆炸燃烧，使结构内部
的温度急剧升高。经过一个多小时的燃烧。撞楼受层达到了很高的温度，量变积攒为质变，受撞楼层首
先垮塌，引起多米诺效应导致结构整体倒塌，并使３１３（国官方２０１．美００１年１２月１日数字）８失去了

美国纽约世界贸易中心大楼事故分析与反思

美国纽约世界贸易中心大楼事故分析与反思
美国纽约世界贸易中心大楼事故分析与反思
牛发民
【摘要】【摘要】美国纽约世界贸易中心座落在纽约曼哈顿岛南部，是纽约中心的标志。

该工程为姐妹塔楼，地下6层，地上110层，高417m，标准层平面尺寸63.5m×63.5m，每幢楼建筑面积41.8×104m2，整个大楼可容纳5万人工作，采用外筒结构体系，建于1973年，每幢楼总用钢量7 800t。

在2001年9月11日两架飞机分别撞进北大楼的93层～99层，和南大楼的78层～85层。

两个多小时后，两楼先后垂直向下垮掉。

倒塌原因是"飞机撞击→火灾"，飞机冲撞对大楼确实造成了一定的破坏，随后燃起的大火使大量钢筋软化导致结构失稳才是造成大楼倒塌的直接原因。

【期刊名称】工程建设与设计
【年(卷),期】2011(000)009
【总页数】4
【关键词】【关键词】世界贸易中心；钢结构失稳；撞击；火灾
1 工程详细情况描述
美国纽约世界贸易中心大楼的结构世贸大楼座落在纽约曼哈顿岛南部。

其为姐妹塔楼，地下6层，地上110层，高417m，标准层平面尺寸63.5m×63.5m，每幢楼建筑面积41.8×104m2。

美国纽约世界贸易中心世贸大楼的结构属于“筒中筒”（tube in tube）结构。

其设计意图是靠中间的电梯井来承受大楼的整个重量。

大楼外面一层“筒”是许多非常密的柱子，里面是用26m见方的混凝土加上大的型钢构成的电梯系统。

而每一层楼面是由很多桁架（trusses）构成的，而且这些桁架外侧搭在外层“筒”的柱子上，内侧搭在内层“筒”的。

美国世贸中心大楼倒塌仿真分析

世界贸易中心飞机撞击后倒塌过程的仿真分析陆新征江见鲸清华大学土木工程系北京 100084摘要：本文利用动力有限元程序LS-DYNA对纽约世界贸易中心受飞机撞击后的倒塌进行了力学分析和仿真，并根据计算结果进行了参数讨论。

仿真计算的结果与真实倒塌过程非常接近，说明通过适当的选取计算参数和计算模型，可以对这种特殊的复杂破坏过程进行模拟分析和仿真。

计算结果说明，世界贸易中心倒塌的直接原因是火灾导致的钢材软化和楼板塌落冲击荷载引起的连锁反应。

如果能够提高结构的抗火能力或者提高结构的延性，将有可能避免结构倒塌，避免惨剧再次发生。

关键词：动力有限元，世界贸易中心，倒塌一、引言2001年9月11日，美国纽约的世界贸易中心双塔陆续受到飞机撞击，导致世界贸易中心南北两塔完全倒塌，造成5千余人死亡和重大财产损失。

该惨剧受到世界结构工程界的密切关注。

很多人对双塔的倒塌原因、倒塌模式提出了各种各样的见解。

一般公认的原因是大厦由于火灾和堆载而导致倒塌，同时也有一些专家提出了包括二次破坏、燃爆等可能性。

由于大厦倒塌的过程十分复杂，而且很难试验重现，因此目前的分析都是定性的，还没有一个定量的结论。

然而，现代计算机技术的发展为我们提供了一个在计算机上重现整个倒塌过程的可能，并可以根据计算结果来讨论结构倒塌的原因及如何防止结构的类似倒塌。

二、计算模型本文采用美国Livemore软件公司开发的LS-DYNA动力有限元分析软件进行动力仿真分析。

由于纽约的世界贸易中心为典型的筒中筒结构。

其外筒为密柱深梁结构，钢柱的宽度达到476.25mm，而间距仅有558.8mm。

而深梁的高度有1219.2mm。

为了简化计算模型并降低自由度数量，在计算中将外侧的密柱深梁筒体和内侧的钢桁架筒体都用板单元近似，板单元厚度设定的原则是按等截面积方法代替。

这种近似筒体的整体弯曲和轴向变形与实际情况吻合，而构件的局部弯曲则与真实情况不尽符合，考虑到筒中筒结构的主要变形是整体弯曲变形和轴向压缩变形，所以用这种方法近似是合理的。

世贸大厦倒塌的结构学分析

世贸大厦倒塌的结构学分析(总3页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--世贸大厦倒塌的结构学分析——听单建老师相关报告有感姓名：吴锡鲁学号：03107608听了单建老师的讲座，感觉收获极大。

单建老师深入浅出的就工程力学中的结构之趣进行了分析，尤其是通过很多的实例，充分的与具体工程相联系，让大家能充分理解工程中的力学原理，并且将力学灵活运用到实践中去。

在其中，我对单建老师提到的世贸大厦在遭受恐怖袭击倒塌事件中结构力学的原理最感兴趣。

对于世贸大厦的倒塌真想也是抱有很大的疑问，一幢设计如此严密的大楼怎样会如此干脆而又脆弱的倒塌，为什么是在燃烧如此长时间后才最终倒塌，在这一个小时里究竟发生了什么。

这些疑问促使我对其进行了深入的学习和讨论。

说到世贸大厦的倒塌，就不得不说道高层建筑，随着建筑技术和材料科学的进步，高层建筑在世界各地迅猛的发展，特别是在大城市，超大城市，很多高层、超高层建筑已经成为一个城市的标志。

世贸大厦作为美国经济繁荣、信心永存的象征，一代代美国人已将它看做世界的基石和擎天柱。

2001年9月11日，美国本土受了建国以来最大的恐怖袭击，世贸大厦双子楼遭两架飞机撞击在很短的时间内相继倒塌。

除了官方发布的所谓的“恐怖分子炸弹搭配飞机”的无聊说法意外，专家普遍认为，世贸的倒塌不是飞机撞击的后果，而是由于飞机所携带的航空燃油燃烧导致的。

航空燃油的燃烧不仅仅破坏了大楼的外部维护结构，更对大楼的总体结构造成了破坏，连锁反应下导致了悲剧的发生。

首先，高层建筑的特点决定了火灾危害的严重性。

高层建筑的高度大、层数多、人员集中。

这个特点使火灾时的安全疏散和消防队扑救产生了很大的困难。

高层建筑的功能复杂、设备繁多、装修量大，从而带来了大量的可燃物和着火源，有时还影响疏散通道的流畅，增加了火灾发生和蔓延的可能性及疏散的困难性。

高层建筑内各种竖井林立，很容易造成烟火的迅速扩散并增加人员的伤亡。

大厦倒塌事故盘点总结汇报

大厦倒塌事故盘点总结汇报大厦倒塌事故是一种严重的建筑安全事故，由于多种原因导致建筑物的结构失去稳定性，最终导致建筑物发生倒塌。

该类事故不仅造成人员伤亡和财产损失，还给社会带来了巨大的影响。

本文将盘点总结一些历史上发生的大厦倒塌事故，并对其原因和教训进行分析，以期为今后的建筑安全工作提供有益的经验和教训。

一、XXX大厦倒塌事故XXX大厦倒塌事故是由于设计师在建筑结构设计中存在严重缺陷，使用的材料不符合规定，施工过程中违反安全规程等原因导致的。

教训是建筑设计师和施工单位必须高度重视规范和安全要求，确保建筑结构的安全性和稳定性。

二、XXX大厦倒塌事故XXX大厦倒塌事故是由于建筑使用年限过长，维护保养不到位，导致建筑材料老化和结构损害，最终发生倒塌。

教训是建筑物应定期进行检查和维护，及时处理损坏的部分，确保建筑物的可持续使用性。

三、XXX大厦倒塌事故XXX大厦倒塌事故是由于施工过程中使用了低质量的建筑材料和施工工艺不规范，导致建筑物的结构出现缺陷，最终发生倒塌。

教训是在施工过程中严格控制建筑材料的质量，加强对施工工艺的监督，确保建筑物的质量和稳定性。

四、XXX大厦倒塌事故XXX大厦倒塌事故是由于自然灾害（如地震、洪水等）或恶劣的天气条件（如暴风雨、冰雪等）导致建筑物失去稳定性，最终发生倒塌。

教训是在建筑设计和建设过程中考虑恶劣天气条件和自然灾害的影响，采取相应的防护措施，确保建筑物能够抵御外部环境的影响。

五、XXX大厦倒塌事故XXX大厦倒塌事故是由于建筑物使用过程中对结构的改动和扩建没有经过合理的规划和设计，导致原有结构的承重能力不足，最终发生倒塌。

教训是对建筑物进行改动和扩建时，必须进行科学的设计和施工，确保扩建部分与原有结构的协调和稳定。

以上所列举的大厦倒塌事故，反映了多种原因可能导致建筑物倒塌的实际情况。

为了避免类似事故的再次发生，我们需要从中吸取教训，并采取相应的措施加以预防。

首先，加强对建筑设计、施工和维护的监督，确保建筑物的质量和稳定性。

世贸中心大厦倒塌事故分析

部分梁柱被剪断形成薄弱层钢材软化该楼层失稳上部倒塌冲击力形成多米诺骨牌效产生强烈的晃动和超常的位移水平撞击力增大底层柱脚的弯矩和剪力塔楼顶部产生了偏斜爆炸共释放热量为12310e10j爆炸温度为2525爆炸产生巨大的冲击力导致楼面在冲击力下受剪破坏巨大的热量散发过程中极大提高周围的温度外因内因梁柱剪断部分梁柱受到飞机冲击力和爆炸冲击力后导致局部失稳楼板受到剪切破坏最后形成该楼层的整体失稳丧失整体性和承载能力形成薄弱层钢材软化在高温作用下尽管涂有防火涂料在一定时间内钢材仍要软化最后丧失承载力及稳定性
纽约市的标志建筑 —— 世界贸易中心大楼是美国纽约市最高、楼层最多的摩天大楼。世贸大楼共 110 层， 411 米高，是由几幢建筑物组成
背景介绍
的两架飞机先后撞向双塔楼，撞击引起大火， 1993 年 2 月 26 日，双塔楼在几分钟内相继纽约世贸中心姊妹楼地下停车场曾发生大爆炸，倒塌。造成 6 人死亡， 1000 多人受伤，被称为“美国本土历史上最有破坏性的恐怖主义活动”，迫使这两座高 110 层的大楼关闭数周，经济损失达 5.5亿美元。2001年9月 11 日，被恐怖分子劫持
事故总结
人为事故不可预测承认该结构的优点提高结构防火概念
911总结
引入高科技预警和监测系统
结构体系要提高整体性和抗冲击性
将该类标志性建筑的安全列于经济之上
提高安全性，加强灾难中的救援措施
事故过程
2011 年 9 月 11 日 8 时 45 分北楼被撞，飞机 156t，起火； 18分后南楼被撞，机重104t，起火；北楼持续时间103分钟，垂直倒塌；南楼持续时间62分，垂直倒塌；
事故分析
倒塌原因
1.外因：飞机撞击巨大冲击力火灾产生大量热能

世贸大厦“坐塌”分析与高层建筑的分区隔震

世贸大厦“坐塌”分析与高层建筑的分区隔震许佳萍　张同忠　闫维波(北京工业大学地震工程与结构诊治北京市重点试验室　北京　100022)摘　要　飞机撞击和爆炸产生的应力波在楼体中的传播和叠加,产生了巨大的反复破坏应力,使得世贸大厦承重结构发生塑性破坏,从而使之发生“坐塌”而非倾斜倒塌。

世贸大厦冲击部位上部结构倒塌虽然不可避免,但可通过采取一定的减震措施来避免下部结构的倒塌。

鉴于此,提出了超高层建筑结构振动分区控制的思想,并为今后超高层建筑的抗震提供一个设想。

关键词　高层建筑　振动控制　分区ANA LYSIS OF THE WO RLD TRA D E C ENTRE CAVE 2IN COLLAPSE AN D SEISMICIS OLATION OF THE HIGH 2RISE BU ILDI NG I N S UBAREAXu J ia ping Zha ng T o ngz hong Y a n Weibo(B eiji ng Key Laborat ory of Eart hquake Engineeri ng and St ruct u ral Ret rofit ,B eiji ng U ni ver s it y of Technology B eiji ng 100022)ABSTRA CT The bearing str ucture of the World Trade Centre ,where pla stic breakage happened in the end ,was broke n by t he repeated str ess arised from the wa ve sprea ding a nd superpo sing which ca used by ae ropla ne cra sh and explo sion ,all of whic h made the WTC not overturning but cave 2in collapse.Although it was inevitale t hat the upper str uct ure of impacted area collapsed ,ye t the collapse of the net her pa rt can could be avoided by some co unter measures ,called e ner gy a ssumption.So it is put forwar d an idea tha t ca n control the vibration of a high 2rise building in suba rea.This idea is so realistic that it ca n p rovide t he aseismic design fo r the building wit h suc h a good co nception.KEY WO R DS high 2rise building vibration cont rol subarea第一作者:许佳萍　女　1981年5月出生　硕士研究生Email :singy35@email s.bjut 收稿日期681　世界贸易大厦“坐塌”原因简析根据工程波动理论和冲击力学理论,可把世贸大厦的破坏过程分为:1)飞机冲击产生的剪切波动;2)飞机爆炸冲击产生的水平和竖向波动;3)长时间高温燃烧和燃烧部分材料的软化;4)被撞部位上部结构的倒塌对下部结构的动力放大。

美国世贸大楼遇袭倒塌的力学问题(911) (力学与科学技术-同济大学)

米诺骨牌效应”，最后导致整座大楼坍塌。
专家介绍，爆破最根本的力学原理是引起偏心：一般是在建筑物上作斜切口，这样支点就落在切口连接处，使得重力形成偏心力距，引起倒塌。上部倒塌拉样接使得力偏力部扯下部向相同方向倒塌。以此类推，飞机在撞入世贸中心大楼时，速度极快，冲力大，引起的爆炸力大， “撕开”的口必然大。当飞机穿屋而出时，速度已消耗掉许多，所以与进入时撕开的口必然大。当飞机穿屋而出时，速度已消耗掉许多，所以与进入时相比，出口要小些，这就象飞机在“世贸”身上做了个斜切口，引起偏心力距。在几乎是装满的油箱（飞机内可能还装有炸弹）的巨大爆炸力作用下，世贸中心也就象经历了次精心设计的定向爆破。心也就象经历了一次精心设计的定向爆破清华大学土木工程系主任、钢结构专家石永久教授猜测：世贸中心坍塌的直接原因并非飞机撞击，世贸中底部应该遭受了严重的次破坏建于接原因并非飞机撞击，世贸中心底部应该遭受了严重的二次破坏。建于１９７３年的世贸中心是外框内筒的钢结构体系，设计时对风荷载、地震荷载等外力因素的考虑其实留有相当的余地，像１９９３年那次炸弹爆炸事件并没有对该建筑的结构造成致命的伤害。通过电视画面，让人感觉除了起火，建筑的整体性能还是相当不错的，并没有发生突然的倒塌。按照钢结构的力学性质，首先是不应该在撞击发生一个多小时之后才发生倒塌事件其次在坍塌方式事件，其次在坍塌方式上，也更应该是一种逐渐的“倾斜”过程，而不是电视画更应该是种逐渐的倾斜过程而不是电视画面里的那种垂直性的坍塌，这样的坍塌更类似于定向爆破之后的效果。所以，他的感觉是，有人在大楼的底部进行了二次破坏，而且破坏点还比较多。他还说，其旁边４０多层的支撑楼的倒塌方式表明，该支撑楼的倒塌居然发生在两幢主楼倒塌之后的６个多小时。一般来讲，这时候主楼倒塌所产生的冲击力早已经释放完了。

911大楼倒塌的力学分析

911大楼倒塌的力学分析土木与建筑工程学院专业：工程管理（2）姓名：***指导老师：***911大楼倒塌的力学分析摘要：9.11世贸大厦的倒塌因其重要的工程背景引起了国内外许多学者的注意，关于其倒塌的原因分析很多，但大多都是从爆炸冲击和火灾燃烧方面进行考虑和解释，同时国内对世贸大楼倒塌的原因的理论研究更是不少本文首次从塑性极限分析的角度来进行研究，假设大楼倒塌时结构内产生塑性铰，应用静力学极限分析的方法，计算出大楼倒塌所需要的极限静荷载，然后将大楼上部楼层自由落体与大楼下部楼层相互作用的冲击荷载与静荷载联系起来，得出大楼倒塌可能性与上下楼层完全刚性冲击作用时间的相关性。

最后，我们简单介绍了飞机撞击大楼后的爆炸当量死亡半径、财产损失半径等等，并对9.11以后未来高层建筑的发展趋势作了简单的展望。

关键词：世贸大厦塑性极限分析刚性冲击正文：1.塑性极限分析方法研究世贸大楼倒塌1.1 世贸大厦概况曼哈顿岛上的世贸中心是世界上最大的贸易机构，其主要建筑双塔楼是世界上最高的建筑之一，其中两座建筑南楼高1368英尺 110层，北楼1362英尺 110层，起标准层高为 3.676m。

两座大楼都为方柱形体，且外形完全一样，每边宽200英尺，每幢塔楼面积达46.6×106m2约250000t,大楼的外墙每边又排列很密的59根钢柱组成，每根钢柱都是边长为14英寸的正方形，钢柱间的距离为3英尺4英寸，大楼外表包以银色铝板，在普通风力作用下，楼层摆幅能达到2.8m. 世贸大楼的建筑钢材坚固，结构设计合理，大楼不仅经历了许多年的风雨依然完好，而且这次飞机的巨大撞击也未能使之立即倾倒，恐怖分子劫持以撞击大楼的波音757飞机起飞重量为104t,波音767飞机起飞的重量为156t,它们的飞行速度是100km／h,据幸存者描述，飞机撞击大楼虽然震动幅度在1m左右，但大楼并未立即倒塌，这既为幸存者逃离大楼争取了宝贵的时间。