Varför World Trade Center Towers föll den 9/11

Under åren sedan terrorattackerna i New York City har enskilda ingenjörer och expertkommittéer studerat skrynkling av World Trade Center tvillingtorn. Genom att granska byggnadens förstörelse steg för steg lär sig experter hur byggnader misslyckas och upptäcker sätt att bygga starkare strukturer genom att besvara frågan: Vad fick tvillingtornen att falla?

Flygplanets påverkan

När kapade kommersiella jetflygningar som pilotats av terrorister träffade tvillingtornen, matade cirka 10 000 gallon (38 kiloliters) jetbränsle en enorm eldboll. Men påverkan av Boeing 767-200ER-serien och flammarsprängningen gjorde att tornen inte kollapsade direkt. Liksom de flesta byggnader hade tvillingtornen en redundant design, vilket innebär att när ett system misslyckas, bär ett annat lasten.

Var och en av tvillingtornen hade 244 kolumner runt en central kärna som hissade hissar, trapphus, mekaniska system och verktyg. I detta rörformade konstruktionssystem, när vissa kolumner skadades, kunde andra fortfarande stödja byggnaden.

"Efter påverkan överfördes golvbelastningar som ursprungligen stöds av de yttre kolumnerna i komprimering till andra lastvägar," skrev granskare för den officiella Federal Emergency Management Agency (FEMA) rapporten. "Det mesta av belastningen som stöds av de misslyckade kolumnerna tros ha överförts till angränsande perimeterkolonner genom Vierendeel-beteende hos ytterväggsramen."

Den belgiska civilingenjören Arthur Vierendeel (1852-1940) är känd för att ha uppfunnit en vertikal rektangulär metallram som förskjuter skjuvning annorlunda än diagonala triangulära metoder.

Påverkan av flygplanet och andra flygande föremål:

Kompromissa med isoleringen som skyddade stålet mot hög värme
Skadade sprinklersystemet i byggnaden
Skivade och klippte många av de inre kolumnerna och skadade andra
Skiftade och omfördelade byggnadsbelastningen mellan kolumner som inte omedelbart skadades

Skiftet satte några av kolumnerna under "förhöjda tillstånd av stress."

Värme från bränder

Även om sprinklerna hade arbetat, kunde de inte ha upprätthållit tillräckligt med tryck för att stoppa branden. Avstängd av sprayen med jetbränsle, värmen blev intensiv. Det är ingen tröst att inse att varje flygplan hade mindre än hälften av sin fulla kapacitet på 23 980 amerikanska liter bränsle.

Jetbränsle brinner vid 800 till 1500 grader Fahrenheit. Denna temperatur är inte tillräckligt varm för att smälta konstruktionsstål. Men ingenjörer säger att för World Trade Center-tornen att kollapsa behövde dess stålramar inte smälta - de var tvungna att förlora en del av sin strukturella styrka från den intensiva värmen. Stål kommer att förlora ungefär hälften av sin styrka på 1 200 Fahrenheit. Stål blir också förvrängd och kommer att spänna när värmen inte är en enhetlig temperatur. Den yttre temperaturen var mycket svalare än det brinnande jetbränslet inuti. Videoklipp från båda byggnaderna visade inåt böjning av perimeterspelare till följd av böjning av uppvärmda fack på många våningar.

Kollapsgolv

De flesta bränder startar i ett område och sprids sedan. Eftersom flygplanet träffade byggnaderna i en vinkel täckte bränderna från stöten nästan omedelbart flera våningar. När de försvagade golven började böja sig och sedan kollapsade pannade de. Detta innebär att övre våningar kraschade ned på nedre våningar med ökande vikt och fart, vilket krossade varje på varandra följande golv under.

"När rörelsen började föll hela delen av byggnaden ovanför påverkansområdet i en enhet och drev en luftkudde under den," skrev forskare i den officiella FEMA-rapporten. "När denna luftkudde pressades genom slagområdet, matades bränderna av nytt syre och pressades utåt, vilket skapade en illusion av en sekundär explosion."

Med vikten av de stupande golvens byggkraft, bukade ytterväggarna. Forskare uppskattar att "luften som släpps ut från byggnaden genom gravitationskollaps måste ha uppnått, nära marken, hastigheten på nästan 500 km / h." Höga bommar hördes under kollapsen. De orsakades av fluktuationer i lufthastigheten som nådde ljudets hastighet.

Varför de plattade

Före terrorattacken var tvillingtornen 110 våningar hög. World Trade Center-tornen var konstruerade av lättviktsstål runt en central kärna och var cirka 95 procent luft. När de kollapsade var den ihåliga kärnan borta. Den återstående spillrorna var bara några våningar höga.

Stephen Chernin / Getty Images

Stark nog?

Tvillingtornen byggdes mellan 1966 och 1973. Ingen byggnad som byggdes vid den tiden skulle ha kunnat motstå effekterna av terroristattackerna 2001. Vi kan dock lära oss av skyskrapans kollaps och vidta åtgärder för att bygga säkrare byggnader och minimera antalet skadade i framtida katastrofer.

När tvillingtornen byggdes beviljades byggarna några undantag från New Yorks byggkoder. Undantagen gjorde det möjligt för byggare att använda lätta material så att skyskraporna kunde uppnå stora höjder. Enligt Charles Harris, författare till "Engineering Ethics: Concepts and Cases", skulle färre människor ha dött den 9/11 om tvillingtornen hade använt den typ av brandskydd som krävs av äldre byggkoder.

Andra säger att den arkitektoniska designen faktiskt räddade liv. Dessa skyskrapor designades med uppsägningar - i väntan på att ett litet plan oavsiktligt kunde tränga in i skyskraphuden och byggnaden inte skulle falla från den typen av olyckor.

Båda byggnaderna motståde den omedelbara påverkan av de två stora flygplanen på väg till Västkusten den 9/11. Norra tornet träffades klockan 08:46 ET, mellan våningarna 94 och 98 - det kollapsade inte förrän kl 10:29, vilket gav de flesta en timme och 43 minuter att evakuera. Till och med södra tornet kunde stå i anmärkningsvärda 56 minuter efter att ha träffats kl. 09:03 ET. Den andra strålen träffade södra tornet på nedre våningar, mellan våningarna 78 och 84, vilket strukturellt komprometterade skyskrapan tidigare än norra tornet. De flesta sysselsättare i södra tornet började dock evakueras när norra tornet träffades.

Tornen kunde inte ha utformats bättre eller starkare. Ingen förutsåg de avsiktliga handlingarna i ett flygplan fylt med tusentals liter jetbränsle.

9/11 Sanningsrörelsen

Konspirationsteorier följer ofta fasansfulla och tragiska händelser. Vissa händelser i livet är så chockerande obegripliga att vissa människor börjar tvivla på teorier. De kan tolka bevis igen och ge förklaringar baserade på deras förkunskaper. Passionerade människor tillverkar det som blir alternativa logiska resonemang. Clearinghouse för konspirationer 9/11 blev 911Truth.org. Uppdraget för sanningsrörelsen 9/11 är att avslöja vad den anser vara USA: s hemliga engagemang i attackerna.

När byggnaderna kollapsade tyckte vissa att de hade alla kännetecknen för en "kontrollerad rivning". Scenen i Lower Manhattan den 9/11 var mardröm, och i kaoset tog folk på tidigare erfarenheter för att avgöra vad som hände. Vissa människor tror att tvillingtornen fördes ned av sprängämnen, även om andra inte finner några bevis för denna tro. Forskare har skrivit i Journal of Engineering Mechanics ASCE och har visat att "anklagelserna om kontrollerad rivning är absurda" och att tornen "misslyckades på grund av gravitationstyrd progressiv kollaps som utlösts av effekterna av brand."

Ingenjörer undersöker bevis och skapar slutsatser baserade på observationer. Å andra sidan söker rörelsen de "undertryckta verkligheterna den 11 september" som kommer att stödja deras uppdrag. Konspirationsteorier tenderar att fortsätta trots bevisen.

Legacy on Building

Medan arkitekter strävar efter att designa säkra byggnader, vill utvecklare inte alltid betala för överuppsägningar för att mildra resultatet av händelser som osannolikt kommer att hända. Arven från 9/11 är att nybyggnation i USA nu måste följa mer krävande byggnadskoder. Höga kontorsbyggnader måste ha mer hållbara brandskydd, extra nödutgångar och många andra brandsäkerhetsfunktioner. Händelserna den 11 september förändrade hur vi bygger på lokala, statliga och internationella nivåer.

källor

National Institute of Standards and Technology (NIST). Slutrapport om kollaps av World Trade Center Towers. NIST NCSTAR 1. september 2005.
Federal Emergency Management Agency (FEMA). World Trade Center Building Performance Study, FEMA 403 september 2002.
Bazant, Zdenek P .; Le, Jia-Liang; Greening, Frank R .; Benson, David B. "Vad gjorde och orsakade inte kollaps av WTC Twin Towers i New York." Journal of Engineering Mechanics ASCE, Vol. 134 (2008), sid. 15.
Griffin, Dr. David Ray. "Förstörelsen av World Trade Center: Varför det officiella kontot inte kan vara sant." 26 januari 2006.

Humaniora