[中配]深入解析世貿中心倒塌的物理原理

911恐怖襲擊 飛機的巨大沖擊力並沒有導致雙子塔傾斜倒塌 相反,塔樓在地震中堅挺了一個多小時 然而,令全世界驚訝的是 塔樓竟像紙牌屋一樣垮塌 垂直下落 這種奇怪倒塌的主要原因是塔樓的結構設計 也就是外圍管道設計 世貿中心的混凝土地板由這些支撐拍架支撐 在飛機墜毀期間,噴氣燃料的燃燒提高了溫度 導致支撐錘架下錘 你能說說沉重而下錘的地板對建築的影響嗎 等一下 等等 我們節奏太快了 要正確理解坍塌背後的物理原理 首先我們需要了解這座建築的幾何形狀和設計細節 當你將建築中均勻分佈的柱子重新排列成管中管的結構時 外圍管道設計便得以實現 這些辦公室空間優雅便捷且寬敞 辦公區域內沒有煩人的柱子 這就是工程師選擇這種 獨特的外圍管道設計 用於這兩座摩天大樓的唯一原因 要真正領會這個選擇,我們不妨迅速將這些辦公室的設計與標誌性的帝國大廈 進行對比 正如你所看到的 這些巨大的柱子佔用了大量有用的辦公樓層面積 如果你仔細觀察 就會發現一根外部柱子並沒有貫穿整個塔樓的高度 相反 這是一組許多預製板的結合 單個面板由三根柱子組成 高達三層 這些面板由橫樑板連接在一起 工程師們以逐漸升高的順序不斷連接這些面板而不是採取直接了當的方法 這種方法確保了外部柱子的良好剛度 這些可愛但巨型的起重機被稱爲袋鼠起重機 在加速世貿中心的建設工作中發揮了重要作用 通過觀看這個動畫 你能說出這個創新的起重機是如何自我爬升的嗎 當活塞被激活時 起重機會增加高度 這個有趣的支撐結構只能朝一側彎曲 幫助起重機在這個位置穩定下來 在這個階段活塞的底部部分被收回 在此這種單側柔性支撐機制啓動了 現在起重機已經穩固的休息好了 是時候將這些框架接到基礎上 以便穩定它 這臺起重機爬升的方式看起來很酷對吧 如果想要增加高度就必須簡單的重複同一系列動作 當組裝框架鎖的時候臨近的袋鼠起重機提供了幫助 世貿中心的塔樓是美國首批使用這些創新起重機的建築之一 你注意到這個工人在這裏做什麼了嗎 這個簡單的技術實際上是塔樓被撞擊後能夠堅持超過一小時才倒塌的原因 這是一種噴塗泡沫絕緣的過程 當噴灑在金屬表面時 這種特殊液體 會形成泡沫狀的紋理 根據其評級在發生火災時這種泡沫可以防止熱量在一到兩個小時內傳遞到鋼材上 這項有效的技術可以在第一響應者趕到現場控制火災之前保護建築 雙磁塔的底架和柱子上覆蓋着這種噴泡保溫材料 現在是時候來探討設計的第二個主要組成部分 核心 儘管核心僅佔建築面積的四分之一但它承受了塔樓大部分的重力負荷 核心的每根柱子都焊接在下面的柱子上 每根柱子的高度大約在30到50米之間 後來 每層樓都安裝了公字型鋼樑 如果你放大並分析世貿中心塔樓的倒塌就會明顯看到發生的實際上 實際上是其所有樓層的順序性垮塌 讓我們瞭解一下世貿中心樓層連接的情況以便更好的理解其倒塌 以60英尺的高跨度連接外部柱子和核心只有通過這架佈置才能實現 梁會下錘 爲了方便施工 他們對部分樓層進行了預置 他們隨後用棒子敲打一些鐵架並在上面放置鋼板將它們固定在一起 這些支架與柱子以一種相當獨特的方式連接 這些支架連接得益於這些微小而關鍵的鋼座 他們是倒塌的主要原因 卻在政府提供的報告中顯有提及 讓我們仔細看看這個 帕架的上弦rest在這個反向L型鋼件上 這個座椅通過這些小的墊片焊接到橫樑板上 請記住這些連接細節因爲他們在塔樓倒塌過程中起到了關鍵作用 稍後我們會詳細瞭解 有趣的是 弗拉架的關節是設計成能夠從鋼板中突出的 這樣在澆築混凝土時 鋼筋能使其與鋼結構的連接更加強固 請注意在這個樓層設計中鋼結構堆架是裸露的 隨着現澆混凝土的完成 雙子塔的地面已經準備好了 準備好迎接如火如荼壽慶的奢華開放式辦公空間吧 每座塔的頂部都有一個第四個重要的結構元素 冒行追架 這個巨大的活架結構在覈心與外部柱子之間起到了橋樑的作用 頂橫樑還爲塔頂的天線提供了支持 既然我們已經瞭解了世貿中心塔樓的整體結構 讓我們來探討一下 他們那種引人入勝的紙牌式的倒塌背後的物理原理 當被劫持的噴氣式客機撞擊北塔時 它將周圍的柱子損壞了6到8層的錯綜複雜的結構 這次撞擊還損壞了大約60%的核心柱 電梯和樓梯也受到了損壞 約有1600人被困在塔樓上方 不因噴氣式飛機能力 這次猛烈撞擊本可以導致塔樓像這樣倒塌 但並沒有 得益於這座建築堅固的基礎 以及建築內成千上萬這些微小的粘彈性阻尼器 這些基於橡膠的阻尼器吸收了一部分衝擊力 事實上這些阻尼器爲塔樓提供了驚人的靈活性 使得在有風的日子裏 他們可以搖擺最多達到12英寸 而且在撞擊後這座塔樓依然堅固屹立了一個多小時 即使在其柱子的牆壁上留下一道巨大的裂口 這是因爲剩餘的柱子 無論是外圍柱子還是核心柱子 出色地承載了撞擊區域上方建築的重量 那麼如果剩餘的柱子做得這麼好 你可能會好奇 到底是什麼導致了塔的倒塌 導致倒塌的催化劑 是撞擊後溫度的大幅上升 在那6至8層樓上燃燒的大量噴氣燃料猛烈燃燒 導致溫度驟升 如果支撐支架沒有我們在視頻中討論過的保護性絕緣塗層 塔樓可能會在10到15分鐘內倒塌 然而得益於熱絕緣噴塗 這一過程延遲了超過一個小時 燃燒的燃料使溫度達到了驚人的1000攝氏度 雖然鋼在1000攝氏度下不會融化 但它確實會軟化 並會導致支撐回架下垂 如所示 你能想象傾斜的混凝土樓板對外圍管道會產生什麼影響嗎 我面前有兩種樓層設計 第一個是平坦的地面 第二個是有下限的地面 當我對第一個設計的平坦地板施加力量時 這實際上是重力載荷 牆壁沒有問題 他們站得很穩對吧 但是如果我在第二種設計上也就是銳角地面的設計 施加相同的力量 你會看到 牆壁向內彎曲 那是一個很大的偏移 世貿中心外圍設計中也發生了同樣的情況 在一些倒塌的視頻中這個凹陷很明顯 這意味着下垂的混凝土樓層的重量 會對內部的外圍柱子造成凹陷 這是由於作用於內部的力 請記住 外圍管道也因溫度升高而變得脆弱 現在我們來看看凹陷對周邊管道設計的影響 這個簡單的罐子相當於一個外圍管道設計 令人驚訝的是 這麼小的罐子竟然能夠承受三個大箱子的重量 那如果在罐子上加一個小凹陷 它就會垮掉 如果你查看細節 天吶 簡直是完美的 垂直垮塌 你可以看得出來 世貿中心外圍管道設計中也發生了同樣的事情 與實驗類似 當一個軸向力穿過帶有凹陷的外圍管道設計時 它在凹陷的區域就會崩潰 這明顯是一個區區的案例 你們可能都經歷過或者至少見過失穩現象 當一個壓縮鶴載沿軸向作用於細腸糧食 就會發生曲曲 由於凹陷 發生了交低載河下的曲曲 強大的中央核心能夠阻止 頂部樓層下墜嗎 可惜 不能 我們已經看到這些樓層與核心的連接很脆弱 此外由於高溫 這些連接進一步減弱 在由於凹陷而導致樓層倒塌的過程中 核心的支撐會直接斷裂 幾乎沒有與核心的連接 結果顯而易見 整棟頂層的倒塌 向下 頂層的15層樓的質量相當於泰坦尼克號 達到了驚人的38000 此外冒行幾架和波音飛機也在墜落 這股來自上方巨大重量的突然衝擊力摧毀了下方的樓層 外圍管道幾乎立即發生了曲曲 因爲衝擊力巨大且性質爲壓縮 這導致了不幸的連鎖反應 樓層一個接一個的坍塌 隨着建築物的倒塌重量也不斷增加 當你觀看這一悲劇的畫面時 你一定見過在倒塌過程中外圍柱子被撕裂的場景 這是由於曲曲造成的 北塔坍塌用了13秒 而南塔只用了11秒 你知道這個具體情景在塔樓建設之前曾經被測試過嗎 在飛機墜毀測試中這種塔樓設計表現的相當不錯 然而工程師並沒有考慮到兩個條件 一個是噴氣燃料的大量火焰 另一個是飛機的體型 在測試時 工程師們考慮的最大飛機是波音707 它的大小隻有實際撞擊飛機的一半 新世貿中心大樓矗立在雙子塔的原址上 包含改善救援策略 和建築熱設計的措施 在世貿中心一號 工程師們建造了一道厚厚的鋼筋混凝土牆圍繞着疏散樓梯 這面厚厚的混凝土牆體充當了建築的核心 出於明顯的原因 他們放棄了鋼結構核心的設計 在飛機墜毀過程中 混凝土核心會保持堅固 關於樓層 這次他們沒有暴露任何鋼結構 而是選擇用混凝土完全覆蓋 這樣可以防止因溫度升高而導致樓層鋼結構下垂的可能性 政府還制定了許多新的建築安全法規 有了這些新的安全措施 新世貿中心大樓成爲西半球最高的建築 既然你已經很好的理解了倒塌的物理原理 這裏有一個有趣的問題給你 北塔在被撞擊後堅挺了一小時42分鐘 之後才倒塌 然而南塔的倒塌只用了56分鐘 這段時間差可能是什麼原因呢 原因在於撞擊區域上方樓層的重量 南塔的撞擊發生在比北塔低14層的地方 這意味着南塔在燃料燃燒期間必須承載更高的負荷 這顯然會導致容易的區區 這就是爲什麼即使北塔先被擊中 它卻第二個倒塌的原因 一般來說在火災事故中 樓梯在疏散occupants時起着重要作用 然而在這種情況下樓梯只能救出少數幾個人 這主要是因爲大部分樓梯被石膏碎片堵住了 另外所有的樓梯都位於中央核心區域 根據報告 南塔的A號樓梯是唯一可以使用的樓梯 許多人把1945年帝國大廈的墜毀與911襲擊進行比較 帝國大廈倖存下來 但世貿中心卻沒有 現實是 當考慮到參與撞擊的飛機大小時 這兩起事件根本無法相提並論 在皇后大廈事件中射擊的飛機是一架小型轟炸機 而世貿中心則被一架巨大的客機撞擊 建造雙子塔基礎時工程師們的細心真是令人讚歎 你可以看到土壤和建築周圍有一面奇特的混凝土牆 這被稱爲江氣牆 主要職責是防止附近哈德遜河的水侵入 看看他們是如何使用拉桿鋼纜加固混凝土牆的 工程師們在七層樓的深度發現了堅固的基岩 這座建築的混凝土基礎就是從這裏開始的 工程師把這種新基礎技術稱爲浴缸 有趣的是浴缸基礎還容納了兩條隧道 這座堅固的基礎是如此巨大的飛機的衝擊力無法使建築傾倒的主要原因 如果恐怖分子撞擊的是高於實際撞擊位置五層的樓層 或者如果使用的是普通的鋼骨架設計 而不是外圍管道設計 雙子塔可能不會倒塌 如果工程師在樓層核心連接處使用了強固的接頭 可能也能夠避免這種情況 即使是襲擊背後的恐怖分子也可能無法想象飛機墜毀後發生的所有物理現象 甚至無法預見如此巨大建築的倒塌 有時 物理是殘酷的 你可以看到雙子塔倒塌後形成的大量debris 令人驚訝的是 當他們清理debris時 可以看到 一根堅固而勇敢的柱子 屹立不倒 這是來自建築中央核心的一根柱子 我知道即使在經歷了關於倒塌的所有科學解釋後 我仍然會在評論區看到關於世貿中心7號樓的討論 儘管它沒有被飛機撞擊 但它的倒塌也有科學解釋 不過不是在這個視頻裏 這個視頻只有15分鐘請給我一週的時間 我們會涵蓋那部分內容 現在說到這根勇敢的柱子 它目前被轉移到了一個致力於世貿中心紀念的博物館 這根柱子仍然屹立在那裏 但如果你想讓這個頻道保持強大 請在Patreon上支持我們 我們的財政狀況不太好 希望得到你的支持 保重 再見