Падение Всемирного Торгового Центра

Всемирный Торговый Центр - Нью Йорк - Некоторые инженерные аспекты
Перевод - Максим Колядин. Оригинал на http://www.civil.usyd.edu.au/wtc.htm
В данный момент оригинал сильно урезан, так что теперь тут содержится больше информации по данному вопросу и на русском(!) языке.

Общая информация:

Высота: 1,368 и 1,362 футов (417 и 415 метров)
Владельцы: Port Authority of New York and New Jersey
Архитекторы: Minoru Yamasaki, Emery Roth and Sons consulting
Инженеры: John Skilling and Leslie Robertson of Worthington, Skilling, Helle and Jackson
Закладка фундамента: 5 августа 1966 года
Открыто: 1970-73; 4 апреля 1973 перерезана ленточка
Разрушено: Атака террористов, 11 сентября 2001

Вернуться наверх

Архитектор Yamasaki и инженеры John Skilling и Les Robertson тесно сотрудничали, и связь между конструкцией башни и ее строением очевидна. Столкнувшись с трудностью построения здания беспрецендентной высоты, инженеры применили прогрессивную структурную модель: жесткая "полая труба" из близко расположенных стальных колонн, с фермами этажей, расширяющимися к центральной части. Колонны, отделанные серебристым аллюминиевым сплавом, были 18 3/4" (476.25 мм) шириной и устанавливались всего лишь в 22" (558.8 мм) друг от друга, из-за чего издалека казалось, что в башнях совсем нет окон.

Также уникальными в разработанной конструкции являлись основание и лифтовая система. Башни близнецы были первыми сверхвысокими зданиями, спроектированными без каменной кладки. Беспокоясь, что интенсивное воздушное давление, создаваемое высокоскоростными лифтами, могло согнуть стандартные валы, инженеры разработали решение, использующее "сухостенную" систему, закрепленную в усиленном стальном основании. Лифтам со стандартной конфигурацией для обслуживающих 110 этажей могла понадобиться полофина площади нижних помещений для расположения шахт. Otis Elevators разработали быструю и компактную систему, в которой пассажиры должны были сменяться в "небесных вестибюлях" на 44-м и 78-м этажах, что уменьшило количество шахт вдвое.

Типовой план этажа Всемирного Торгового Центра:

Представляет собой периметр из близко расположенных колонн с внутренней лифтовой средней частью. Этажи поддерживаются сериями легких ферм на резиновых панелях, которые располагаются между наружними колоннами и лифтовой частью.

Tim Wilkinson, Лектор гражданского проектирования

(Данная точка зрения является предварительным предложением одной из возможных причин падения и не должна считаться официальной)

Структурная целостность Всемирного Торгового Центра зависела от близко расположенных колонн, размещавшихся вокруг периметра. Легкие стальные фермы располагались между центральной лифтовой частью и колоннами периметра на каждом этаже. Эти фермы поддерживали определенные части каждого этажа, а также соединяли колонны периметра в каркас, предохраняя конструкцию от внешних воздействий.

После удара самолета большинству наблюдателей казалось, что конструкция сильно повреждена, но не обязательно фатально. Ударом самолета было разрушено значительное количество колонн периметра на нескольких этажах здания, что сильно ослабило всю систему. Но первоначально этого оказалось недостаточно, чтобы вызвать обрушение.

Однако, по мере того, как огонь бушевал на верхних этажаж, жар должен был постепенно влиять на поведение всех материалов. Как только самолет врезался в здание, огонь поддерживался огромным количеством авиационного топлива, создавая потенциально очень высокие температуры. Прочность стали заметно упала всвязи с продолжительным воздействием огня. В то время, как модуль упругости стали уменьшался (гибкость возрастала), увеличивались деформации. \\сопромат таки ;)\\Terrify\\

Современные здания разработаны так, чтобы сопротивляться огню определенное время. Системы безопасности, такие как огнестойкие материалы и разбрызгивающие системы, помогают сдерживать огонь, гасить пламя и предохранять сталь от воздействия чрезмерно высоких температур. Это дает жильцам время, чтобы покинуть помещения, и позволяет пожарным погасить пламя прежде, чем здание будет повреждено катастрофически.

Возможно, что пожар, начавшийся от авиационного топлива и поглощающий содержимое офисов на очень ограниченной площади, создал условия горения гораздо более серьезные, чем предполагаемые при типовом офисном пожаре. Эти обстоятельства могли повлиять на то, что пожар преодолевал пожарную защиту намного быстрее, чем ожидалось.

В итоге, потеря прочности и упругости материалов от воздейтвия огня в сочетании с влиянием начальных повреждений могли стать причиной разрушения системы ферм, поддерживающих этаж, либо остальных колонн периметра или даже центральноя части или и того и другого. Разрушение этажной фермы позволило бы колоннам периметра сдвинуться наружу. Независимо от прочих возможно произошедших событий, в результате все это должно было закончится полным разрушением по крайней мере одного этажа на данном уровне.

Раз один этаж был разрушен - все этажи выше начали падение. Огромная масса падающего строения создавала усилие, разрушающее до этого неповрежденные этажи внизу, результатом чего явилось катастрофическое разрушение строения целиком.

Единственными подтверждениями на данный момент являются фото и теле репортажи. Было ли падение башен следствием разрушения колонн периметра или центральной части пока неизвесно. Пространство, в которое внутренние части попали в ходе катастрофы, может быть обнаружено при проведении судебного расследования. Но с тех пор, как масса комбинированных башен приблизилась к 1'000'000 тонн, поиск доказательств становится трудной задачей.

Слева: Колонны периметра, в несколько этажей высотой и все еще связанные вместе, лежат на земле среди остальных обломков.

Справа: Фотография показывает южную башню в начале падения. Хорошо видно, что здание опрокидывается влево. Северная башня обрушилась непосредственно вниз, падая под весом своей верхней части вертикально. Одинаковый механизм повреждений, комбинация последствий от пожара - вероятная причина падения обеих башен. Однако, возможно, что в Южной башне этаж сначала обрушился только с одной стороны, в результате чего получилось "перекошенное" падение.

Гигантские усилия, вызванные огромной массой падающего строения, оседающего на нижние этажи, перемещались вниз по колоннам подобно ударной волне быстрее, чем падал верх. Облака обломков идущие от башни, падающие несколькими этажами ниже фронта разрушения огромной массой, вероятно происходили от внезапного и почти взрывного падения каждого этажа, вызванного "ударной волной".

(Фотографии позаимствованы из различных источников в Интернете)

Вернуться наверх

Что говорят другие инженеры: (источник Engineering News Record)

После террористических нападений 11 сентября в Нью-Йорке и Вашингтоне, в результате которых рухнули 110-этажные башни-близнецы Всемирного Торгового Центра и был нанесен ущерб зданию Пентагона, разработчики и подрядчики говорят, что они скептически относятся к заявлениям ключевых структур об ужесточении мер против экстремистских действий и варварства.

"Только некоторые здания на атомных электростанциях разработаны так, чтобы выдержать такие воздействия и взрывы", говорит Robert S. Vecchio, главный инженер по металлургии Lucius Pitkin Inc., смотря на захваченные Боинги 767, полные топлива, которые врезаются в башни ВТЦ.

Атака оказалась хорошо скоординированной. В Манхэттэне два захваченных Боинга 767, несшие на борту 92 и 65 человек, врезались в башни-близнецы Всемирного Торгового Центра и взоврались внутри. Северная башня (первый корпус ВТЦ) была атакована в 8:45, Южная башня (второй корпус) в 9:03. Другой захваченный авиалайнер, Боинг 757 с 64 пассажирами на борту, упал на корпус Пентагона в 9:40.

Около 50`000 человек работает во Всемирном Торговом Центре и около 23`000 в Пентагоне. Полные сведения о количестве жертв и разрушениях недоступны на момент издания статьи. Спасательная операция в ВТЦ была отложена до 12 сентября, так как до конца дня 11 сентября территория ВТЦ все еще оставалась "горячей зоной", с обваливающимися обломками когда-то одного из высочайших зданий мира и толстым покровом копоти на несколько кварталов вокруг. Вдобавок, 47-этажный седьмой корпус ВТЦ рухнул вечером, причиняя еще больший хаос. "Понадобится около года, чтобы навести порядок", сказал Vecchio.

Источники близкие к трагедии указывают, что те, кто находились ниже 89-го этажа северной башни и 60-го этажа южной башни, возможно уцелели. По сообщеним по крайней мере 200 из 400 пожарных предположительно погибли и 78 полицейских так же считаются пропавшими безвести.

Подтверждений разрушений в многочисленных тоннелях подземки, которые находятся под ВТЦ пока не было. Владелец, Port Authority of New York and New Jersey, который арендовал комплекс ВТЦ у Silverstein Properties, установил командный центр на реке Гудзон в Джерси, стараясь расположить своих служащих, которые были с 63-го по 85-й этаж в северной башне. В добавок, час спустя после атаки, они устроили временные квартиры вокруг Международного Аэропорта JFK, и в Ньюарке (Нью Джерси).

Атака была засвидетельствована сотнями людей с различных точек. Vecchio, принимавший участие в исследовании 1993-го после теракта в ВТЦ, стал свидетелем Манхэттенской катастрофы из Pitkin's office примерно в 1-2 милях севернее торгового центра. "Взрывы были очень огромными" сказал он. "Можно было почувствовать запах реактивного топлива в воздухе".

Миллионы людей по всей стране также "видели" падение башен с помощью прямых трансляций новостей по ТВ. Южная башня упала около 10 утра, северная башня - в 10:29 утра.

Репортажи показывают, что под влиянием ударов самолетов нарушается структурная целостность каждой башни, разрушаются колонны периметра и внутренние конструкции. Дальнейшие взрывы вызывают еще большие разрушения, распространяющиеся на несколько этажей. "Это были лайнеры спроектированные для дальних перелетов, заправленные топливом, что послужило причиной огромных взрывов" сказал Richard M. Kielar, старший вице-президент. "Никакое строение не выдержало бы такой вид нападения".

По мере горения пламени, строительная сталь на разрушенных этажах и выше должна была терять прочность и начать коробиться в результате интенсивного нагрева. Пожаробезопасная сталь нормирована всего лишь для сопротивления температуре 1,500 - 1,600° F. По мере того, как конструкция вверху каждой башни деформировалась и ослабевала, каркас вместе с кусками цемента, мебелью, рабочими кабинетами и другими составляющими слагаемыми веса стали слишком тяжелыми, что в конечном счете разрушило нижние части этого каркаса на данном этаже.

Jon D. Magnusson, Главный управляющий делами Skilling Ward Magnusson Barkshire Inc., Seattle, инженер-конструктор оригинального Центра Международной Торговли: "Из увиденного по ТВ, кажется, что диафрагма этажа, необходимая для соединения внешних колонн, потеряла соединение с внешней стеной. Когда стабильность была утрачена, внешние колонны "отстегнулись" наружу, позволив тем самым уронить этажи сверху на этаж ниже, перегружая и обрушая каждый из них по мере того, как вся масса двигалась вниз", говорит он.

Большой вопрос для эксперта Mark Loizeaux, президента Controlled Demolition Inc. (Управляемое Разрушение ;), the Phoenix, Md., - почему механизм падения башен-близнецов настолько отличался для каждой башни.

Наблюдая падения в телевизионных новостях, Loizeaux говорит, что южная башня высотой 415 метров, получившая повреждения в районе 60-го этажа, падала подобно дереву. Это как раз то, что ожидалось. Но северная башня высотой 417 метров, получившая аналогичные повреждения, но в районе 90-го этажа, "сложилась телескопически". Она падала вертикально, добавил он, а не опрокидывалась. "У меня нет ключа к разгадке", говорит Loizeaux о причинах вертикального "телескопического" падения.

Башни-близнецы были частью комплекса, состоящего из семи зданий, спроектированного архитектором Minoru Yamasaki. Комплекс занимал восемь городских кварталов. Фундамент 800х400 футов (244х122 метра), глубиной 65 футов (20 метров) с 3-х футовыми поддерживающими стенками, находился под более чем половиной комплекса, включая башни-близнецы и отель. Строительство комплекса завершалось по фазам, начиная с 1970 года.

Меры безопасности были ужесточены в комплексе ВТЦ после террористического акта 26 февраля 1993г. Бомба разрушила одну секцию основной Х-стяжки между двумя колоннами периметра северной башни. Взрывом разорвало секции трех строительных конструкций на уровне фундамента между северной башней и отелем, что угрожало структурной целостности фундамента. Помимо Х-стяжки, взрывом причинило небольшой ущерб внешней "трубке" северной башни. Большой ущерб был нанесен другим системам постройки, однако, поскольку силу взрыва в основном принял фундамент и стены сердцевины, дым и копоть получили доступ к центральной части здания.

В Вашингтоне все еще оценивают масштабы нанесенного ущерба, пожар горит уже почти 7 часов с того времени, как был нанесен удар. Ко времени публикации статьи еще не было никаких деталей о повреждениях и жертвах. Сообщения о разрушениях остаются схематическими, представители Пентагона отказываются обсуждать подробности. Однако, сотрудник Пентагона сообщает, что самолет упал на юго-западную сторону Пентагона, смежную с посадочной вертолетной площадкой. Лайнер, по слухам, ударил в в область первого и второго этажей, но позже верхние три этажа обрушились.

Штаб-квартира U.S. Dept. of Defense (Министерство Обороны), была построена как временное строение 58 лет назад и не содержала пожаро-безопасных или врыво-безопасных материалов. Позднее, в ходе многолетних перестроек были использованы технологически усовершенствованные материалы, разработанные для предотвращения серьезного ущерба от подобных атак. Огонь сначала вырывался из окон необновленного крыла. Смежное обновленное крыло понесло меньше потерь, вероятно из-за укрепленных окон и огнеупорных стен, использованных при перестройке крыла, которая была завершена менее года назад.

National Council of Structural Engineering Associations (NCSEA) - Национальный совет ассоциации строительного проектирования. http://dwp.bigplanet.com/engineers/

По словам одного из дизайнеров Всемирного Торгового Центра (ВТЦ), башни были спроектированы так, чтобы выдержать падение Боинга-707; и удар самолета этим утром не должен был привести к падению зданий. Фактически, первая башня простояла 1 час и вторая башня простояла 1 и три четверти часа после столкновений. Инженеры, ознакомленные с цепочкой событий этого утра, подозревают, что тепло от огромного пожара ослабило строительные конструкции и послужило основной причиной распространения разрушений.

Джон Хупер, инженер-строитель: ВТЦ 1 и ВТЦ 2 были соответственно 1.368 и 1.362 фута (417 и 415 метров) высотой. Каждая 110-этажная башня имела этажи площадью 208х208 футов (63.5х63.5 метров). Центральная часть каждой башни была площадью 86 квадратных футов. Вокруг периметра здания располагались колонны. На третьем уровне колонны превращались в аркоподобную форму в трех метрах друг от друга для нижних этажей. Этажи поддерживались стальными фермами покрывающими 60 футов (18 метров), от сердцевины до стены периметра, на каждой стороне здания. Здания также были задуманы так, чтобы стать первыми строениями, использующими не-асбестовую защиту от пожаров. Волокна вкрапленного жаростойкого материала, по слухам, были не асбестовые, а керамические. \\Как же задолбала эта америкосовая ни разу не метрическая система :\ Terrify\\

AISC Оперативная группа по исследованию падения ВТЦ

Американский Институт Металлических конструкций (AISC) обратился к FEMA и лидирующим строительным инженерным ассоциациям и сформировал специальную оперативную группу для исследования падения зданий Всемирного Торгового Центра в результате атаки террористов 11 сентября 2001 года.

AISC - технический институт, ответственный за разработку и поддержку стандартов для проектирования и конструирования зданий со стальными конструкциями в США. Информация, добытая этой оперативной группой позволит AISC'у определить, нужно ли принимать изменения в существующих стандартах.

"AISC старается создавать спецификации для стальных построек такими, чтобы использовать самые последние доступные конструкторские данные и строительные технологии", сказал Nestor R. Iwankiw, вице-президент AISC по проектированию и исследованиям. "Специальная оперативная группа, состоящая из признанных на национальном уровне экспертов, исследует и определит различные факторы, которые содействовали падению зданий, и сделает соответствующие рекомендации для изменения спецификаций AISC, а также для Комитетов по пожарам и взрывам."

Множество предположений в настоящее время витает вокруг причин падений ВТЦ. Большинство инженеров верят, что падения стали результатом комбинации чрезвычайных событий, включая начальные повреждения от авиа-атак и взрывов, которые уничтожили часть конструкций, последующие экстремальные температуры при пожаре, которые неизбежно ослабляли остальные конструкции. Дальнейшие обрушения происходили в результате превышения веса конструкции выше точек влияния, когда этот вес превысил несущую способность поврежденных конструкций. Падение 47-этажного здания находящегося рядом отеля было вызвано комбинацией повреждений фундамента и самого строения во время падения башен-близнецов и последующего пожара.

"Мы опечалены этим страшным бедствием и потерянными жизнями", сказал президент AISC H. Louis Gurthet. "Наши сердца и молитвы вместе с жертвами и их семьями."

Наверх

Конструкция Всемирного торгового центра спасла тысячи жизней, простояв более часа после падения самолетов на башни-близнецы, говорят строительные инженеры.

"Огонь убил здания - ничто на Земле не смогло бы пережить такие температуры, которые создало огромное количество горящего топлива", инженер Chris Wise. "Колонны плавились, перекрытия этажей тоже плавились, в итоге они начали падать друг на друга."

Окончательное обрушение башен было неизбежно, т.к. стальная сердцевина внутри достигла температуры 800°С - возникает вопрос, почему сотни спасателей были посланы в обреченные здания за смертью.

По мере того, как пожар бушевал в башнях, питаемый авиационным топливом, стальная сердцевина в каждом здании должна была в конечном счете достигнуть точки плавления - 800°С. Защитная цементная оболочка в сердцевине не смогла бы защитить конструкцию в таких чрезвычайных обсоятельствах.

Одна из стальных ферм, поддерживающих этаж расплавилась, вся система обрушилась вниз, вызывая огромные силы, действующие на уже ослабленные этажи снизу. Далее, падение стало неизбежным, т.к. к падающей массе добавлялась масса новых этажей. Далее вниз по зданию, даже там, где температура стали была нормальной, разрушение продолжалось из-за превышения нагрузки огромной массой верхних этажей, приближающейся к 100'000 тонн.

Вначале этих ужасных событий некоторые офисные работники получили указание оставаться на рабочих местах, говорит профессор Knapton. Башни выдержали удары самолетов, но не адский пожар. Единственной надеждой для людей было только бежать, подальше от башен на открытую площадку. Здание могло начать заваливаться набок, отмечает профессор, чем могло причинить еще большие повреждения.

Другое 47-этажное здание принадлежащее Salomon Brothers, которое рухнуло позже, было повреждено предыдущими обрушениями, и более того, рядомстоящие здания все еще могут упасть, говорят инженеры.

Падение башен-близнецов было настолько предсказуемым, что спасатели должны были получить приказ об эвакуации в течение часа, сказал профессор Knapton. Он наблюдал за трагедией и предсказывал падение зданий в пределах двух часов. Сотни мертвых пожарных и полицейских просто не должны были там находиться, сказал он. \\Угу... после драки все поболтать сами не свои :\ \Terrify\\

Но в панике и ужасе, которые там творились, приказ покинуть здание так и не был отдан. "Были совершены ошибки", сказал профессор Knapton.

"Это было похоже на фильм ужасов, и я думаю, что разумные люди все же успели уйти" Professor John Knapton

"Звучит жестоко - такого в мире никогда не случалось, так что вы врядли можете критиковать их. Но я должен был отдать приказ покинуть здание. Кто-то с техническими знаниями должен был подумать и должен был посоветовать им." Но он признал, что уровень трагичности происходящего мог затянуть оперативный персонал. "Я думаю, все были просто не в состоянии думать. Всё напоминало фильм ужасов..."

Конструкция зданий была стандартной в 60-х, когда строения сделанные по этим проектам были самыми высокими в мире зданиями. В сердце конструкции находилась вертикальная железо-бетонная средняя часть (сердцевина), лифтовые шахты и лестничные пролеты. Стальные лучи радиально расходились наружу и соединялись со стальными вертикальными колоннами, формируя внешнюю стену. Вся стальная арматура была заключена в бетон, что гарантировало пожарным период минимум один или два часа для борьбы с огнем, хотя авиационное топливо могло довести температуру до уровня, превышающего допустимый. Поля были так же из цемента. Здание было достаточно прочным, чтобы выдержать не только удар самолета и предыдущего взрыва бомбы в 1993м, но также, чтобы выдерживать огромные давления, создаваемые сильным ветром.

Более новые небоскребы строятся с использованием более дешевых технологий. Но это строение было великолепным перед лицом совершенно непредсказуемого бедствия, говорят эксперты.

Наверх

(CNN) -- Когда они были завершены в начале 70-х, башни-близнецы Нью-Йоркского Всемирного торгового Цетра были самыми высокими зданиями в мире. Это звание принадлежало им не долго - Chicago's Sears Tower забрала этот титул в 1974, через год после завершения ВТЦ-2 - но здания остались маркой Нью-Йорк сити, и среди офисных башен Манхэттэна до сих пор не имели соперников.

Корреспондент CNN Leon Harris поговорил с Aaron Swirski, членом команды архитекторов, приглашенным главным архитектором ВТЦ Minoru Yamasaki в ходе разработки проекта здания.

LEON HARRIS, CNN: Многие из нас в течение большого времени думали, что башни-близнецы неуязвимы. Мы очень много раз на протяжении многих лет слышали, что здания были построены так, чтобы выдержать даже аварию самолета. Давайте прямо сейчас поговорим по телефону с Aaron Swirski. Он находится в Иерусалиме. Как я понимаю, он был одним из архитекторов комплекса. Это так, мистер Swirski?

AARON SWIRSKY, ARCHITECT: Я работал с Minoru Yamasaki, который был главным архитектором здания. Но я был одним из команды. Мы были командой из 14 архитекторов.

HARRIS: Как член команды, имеющий представление о том, как устроено здание, можете ли вы поверить в то, что самолет мог разрушить башни?

SWIRSKY: Нет, фактически, рациональной идеей строения было то, что оно было выполнено в форме трубы. И эта конструкция доказала свою работоспособность при взрыве в 1993, когда в здании была пробита большая дыра и оно устояло. Но никто не мог предположить, что произойдет что-то подобное (инцинденту во вторник).

Также, в то время, самолеты не были такими, как самолеты летающие сейчас. Я думаю, самым большим был самолет на 100 пассажиров, что-то типа этого, и запас топлива тех самолетов был меньше, чем у современных.

Критерием было то, что если самолет потерпит аварию, то он может пройти насквозь. И никто не мог предсказать что-либо подобное. Башня была защищена таким образом, что ущерб должен был ограничиться одним этажем и не должен был распространиться на другие этажи.

HARRIS: Самолеты, что упали вчера, были намного больше, чем это. Это были 757-е.

SWIRSKY: И запас топлива был намного больше.

HARRIS: Точно. Как раз об этом я хотел вас спросить. Которое из этих различий оказало большее влияние? Было ли это эффектом от удара большего по размерам самолета, или это было огромное количество теплоты, созданное большим количеством горящего топлива.

SWIRSKY: Я представляю, глядя на фото повреждений зданий, выглядит так, как будто топливо протекло в среднюю часть здания, лифтовые шахты, и там произошли взрывы, которые привели к падению. Это абсолютно не предусматривалось, из-за других конструкторских критериев (озабоченно).

HARRIS: Позвольте задать один последний вопрос, если можно. Принимая во внимание то, что вы знаете о здании -- вы говорите, что оба здания были сконструировано как труба -- и механизм падения, который мы видели, дает ли это какую-нибудь надежду, что внутри могли создаться полости, где еще могли уцелеть люди?

SWIRSKY: Ну... я очень на это надеюсь. Мы молимся, чтобы там были выжившие и чтобы такое больше никогда не повторилось. Это ужасная, ужасная, невероятная трагедия.

TenLinks (http://www.tenlinks.com/NEWS/special/wtc/index.htm) and ICivilEngineer (http://www.icivilengineer.com/News/wtc.php) имеется большое собрание статей со всего мира по инженерным вопросам, касающимся ВТЦ.
Наилучший анализ, увиденный мной на данный момент, доступен на HERA, Ново-Зеландская Исследовательская Ассоциация Тяжелой Промышленности (HERA)