从建筑专业角度分析纽约世贸双塔的倒塌

别扯远了说什么自卫队神风特攻队,你就说说911当天两架飞机击到底中了核心筒没有? 我就问你这一个简单的问题
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-02 16:55:34 +0800 CST  
@changyusj 2016-12-05 10:51:50
单建
1964年至1970年、1978年至1981年先后
就读于清华大学土木系,获硕士学位。
1981年起在东南大学(原南京工学院)土木系任教。
1987年至1990年赴英国留学,在Warwick大学获博士学位。现为东南大学土木工程学院教授、博士生导师。
1994年获国务院政府特殊津贴。
单建教授任中国土木工程学会桥梁及结构工程分会空间结构委员会委员。曾任国家教委工科本科力学教学指导委员会结构力学教学指导小组委......
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我想请示一下:是不是可以对单老师的推理过程进行一定的质疑和探讨?
请层主明确给个yes或no然后我在慢慢说话
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-05 17:54:41 +0800 CST  

@从自干美到自干五 2016-12-05 17:54:41
我想请示一下:是不是可以对单老师的推理过程进行一定的质疑和探讨?
请层主明确给个yes或no然后我在慢慢说话
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@changyusj 2016-12-05 18:27:53
不好意思,毁了你的YY贴。
我保证,不再阻止您YY了,您尽兴。
因为再打脸,就是打TY小编的脸了。
毕竟已经加了红脸不是?
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我想请示一下: 第一 作为年龄、资历、职称、知名度都不如单教授的人,是不是有权对单老师的推理过程进行的质疑和探讨?请层主明确给个yes或no 第二 层主拿单老师的这段推论来作为反驳我的一句,是不是表示层主完全理解并认同他的每个假设、每个结论?请层主明确给个yes或no 然后,我会一点点详细分析。
之前51楼和110楼问你那些问题,你一个都不正面回答,我都不说了。 这两个问题很简单,请您回答一下yes or no 总不难吧,敢回答我们就正正经经讨论问题, 不敢回答的话就不要再来唧唧歪歪、嗡嗡叫或者汪汪叫了
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-06 09:20:03 +0800 CST  


我按照世贸大厦的实际尺寸,做了一个三维模型
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-06 11:28:14 +0800 CST  


蓝色是楼板(做成半透明的便于观察)黄色是内核心筒
有空再给大家慢慢解释
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-06 11:29:09 +0800 CST  


楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-06 12:23:31 +0800 CST  
@terrible0219 2016-12-06 18:10:04
楼主你大部分时间都花去打美狗了哇,想看看干货都被骚扰了.
不要中那些美狗日杂的计,那些东西打是没用的,反正它们又没脸,也不怕你打脸
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我已经花点时间建了一个三维模型,想让大家看得更加直观。平时较忙,加上帖子里面干扰实在太多,我有时间再好好从头到尾用图示解释一下我的观点,看大家是否赞同。我们这个帖子就是技术帖,讨论技术而已
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-07 09:40:31 +0800 CST  


模型已经做好了,有空的化下午就可以开始分析。
后面我会用大量的图片和数字来解释,希望能安安静静讨论技术问题,不要再恶意歪楼。
谁要是再来质疑高级建筑师这一职称就是 加弱视。谁要是再不谈技术上来主动挑起人身我绝对让他(应该是“它”)自取其辱,我话放在这里了。
至于前面“字母”赖以救命的稻草(单教授理论),我早就想好反驳的真材实料,奈何“字母”至今不肯明确回应我的两个前提,所以暂时还要缓一缓在放出来,不然力度不够。
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-07 10:15:40 +0800 CST  
@清风一滴露 2016-12-08 00:49:09
工科出身的我,当直播看到楼塌的方式,震惊了——觉得不可思议,仅仅是飞机,没这么大能量。
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我当时也是震惊,但没有想到质疑。后来才慢慢回过味来,感觉不对,有问题
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-08 15:07:32 +0800 CST  
预告一下,昨晚写了差不多2000字配16张图,放在U盘本打算今早发布。
没成想全部失踪了,真是汗颜。
晚上回家看看家里还有没有,没有就重写,明早发布!
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-08 15:22:35 +0800 CST  
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295楼
下面正式开始科普。先要说明一点,因为没有找到世贸中心的施工图纸(不知道是不是和土星五号图

纸一个遭遇呢),我的模型并非结构模型,而是三维建筑模型。通过这个模型,可以向大家直观地展示整

个大楼主要结构构件的相对尺度和位置关系,让行外人也能更容易理解我提出来的观点。
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-09 08:37:37 +0800 CST  

根据网上资料,世贸双子座110层高度415-417米,因此每层层高大约3.8米(详见下图1)。长宽为65米,因此每层面积4200多平米。


结构型式是楼里前面网友说过的筒中筒结构(详见下图2),外筒为密集钢柱,间距1米。窗宽0.55米,因此推断钢柱截面宽度0.4米。1-9层柱距变为3米,因此每三个柱其实只有一个是能够真正完全承重的(详见下图3)。




楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-09 08:39:16 +0800 CST  
内外筒之间(蓝色部分)是无柱开敞空间,因此楼板极有可能是预应力结构。无柱出租空间占全楼面积的75%,扣除内外筒之间的楼梯间等公共非出租空间,判断核心筒部分面积占全楼的20%强,约为900平米,因此核心筒(黄色部分)长宽尺寸约为30米,核心筒部分的高宽比为415:30约为14:1,相当惊人(详见下图4)。



核心筒的材料可能是经过防火处理的纯钢结构,也有可能是钢管混凝土或型钢混凝土。后两种材料想要在1小时内烧坏是绝对不可能的事情(根据我国防火规范,37*37公分的普通混凝土柱子耐火极限保守来说都能达到5小时),因此,这里只探讨纯钢结构核心筒的情况。

核心筒部分的面积大大超出了我原来的预想。其平面功能主要是电梯、楼梯间、消防前室、避难间、设备间等相对密闭的小空间,墙壁大都是防火墙,门绝大部分都是防火门。实在没有办法找到世贸中心的平面图,就临时用一张普通大楼的核心筒布置图来解说一下(详见下图5)。这个核心筒尺寸只有11米见方,世贸中心的核心筒起码是它的7-8倍大,电梯就有108部,每层电梯井筒应该不下20个。


楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-09 08:41:17 +0800 CST  
然后,灰机来了!飞机撞击在78-84层之间(详见下图6)。飞机舱壁强度同核心筒相比,简直就是汽车和混凝土墙相比。因此机头应该在核心筒之外停住(机身有可能被压缩挤碎以便吸能,参照日本车车祸模式),核心筒不会立时损坏。



接着,煤油开始泄露燃烧。大楼每层面积达到4200多平米、核心筒也有900多平方米,每个房间面积大小不一、开始燃烧时间不同、墙壁导热性能不同,煤油灌入量不同、气压不同、氧气量也不同,非常复杂,绝不可能所有房间都得到均匀加热而保持同一温度。

靠近飞机的部位燃烧早、也无法散热,温度最高(假设2000度),而到外墙附近和外部空气接触的地方温度最低(假设500度),中间按温度高低大致划分为红橙黄绿蓝五个层级(详见下图7)



假定每个层级相差300度左右,可以看出,核心筒部分温差从红到绿可能超过1000度(详见下图8)。



也就是说,这900平方米接近3个篮球场面积的核心筒无论如何不会是一个温度(详见下图9),靠近飞机的那一侧温度极高(红色部分),其对侧温度就低多了(绿色部分)。因此必然是红色一侧先行烧软失稳垮掉,另一侧却仍然没有达到软化温度,暂时保持一定结构强度。这时候,上部30多层必然会向左产生侧倾。




楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-09 08:44:13 +0800 CST  
第78层左侧核心筒垮掉后,上部楼体的倾斜角约为actan(3.8/30)=7.22度(详见下图10)。这是理想状态,实际可能小于这个数也可能大于这个数。但这不要紧,哪怕上部只有1度的倾角,也会产生后面的连锁反应。



这时候,上部30层重心位于上部30/2*3.8=57米,由于产生了7.22度侧倾,其重心会偏离核心筒中心约57*tan7.22=7.22米,也就是说重心到筒体两侧距离比为3:1(详见下图11)。于是乎,左侧的核心筒将要承受上部重量的75%,而右侧的核心筒只承受上部重量的25%,这是小偏心状态。



接着继续燃烧,上一层的左侧也开始软化(详见下图12),上部楼体倾斜度扩大到14.44度。



上部30多层重心偏离核心筒中心约57*tan14.44=14.7米,基本上达到一个临界状态,也就是说上部重量完全集中在左侧的核心筒壁,右侧核心筒壁已经基本上不受力了(详见下图13)。这时候,就像走钢丝,稍微有个风吹草动,……




再继续燃烧,继而上二层的左侧也开始软化(详见下图14),上部楼体倾斜度扩大到21.66度。



上部30层重心偏离核心筒中心约57*tan21.66=22.6米,已经完全落在核心筒范围之外了。终于达到了大偏心状态(详见下图15),右侧核心筒壁不但不承受压力,反而变成受拉,左侧核心筒壁受到的压力比上部结构自重还要大。


楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-09 08:47:08 +0800 CST  
到这一步肯定不能再淡定了,接下来会怎样不用我说,请看图16,17。这才是钢结构在非人工干预的火灾条件下正常的倒塌方式。





如果想要大楼像电视上那样垂直“坐坍”,必要条件是某一层所有(至少是绝大部分)竖向受力构件同时都达到软化失稳温度,也就是说这一层里里外外必须完全受热均匀。在非人工干预的火灾条件下,每层4200平方米的大楼真的可能做到这样吗?即便发生爆炸,核心筒那么多小空间也不可能每个空间同时都达到煤油闪点和混合气爆燃浓度。

上部结构就像人站在四条腿的凳子上,除非是杂技运动员,否则只要有一两条凳子腿断了,人就要向一侧倒下来,不可能人在半空等着第一条、第二条、第三条直到第四条凳子腿都依次断了才呼啦一下垂直平稳着地。(单教授的推理里面有一条就是这个意思)
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-09 08:48:11 +0800 CST  
还有几个问题继续讨论:即便垂直“坐坍”,砸下来能否把下一层也砸坍?多米诺骨牌能否继续下去直到最后一张也倒地?外围构件对核心筒倒塌的牵拉约束作用怎样考虑?这些留待后面继续讨论。
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-09 08:48:39 +0800 CST  
接着想讲一个很关键的问题,谈谈那个“字母”提出来的单硕士、单博导、单教授、单专家、单权威的理论。那货自以为是找到了反驳我的法宝,甚至洋洋得意地扯上了给我贴子加红、加头条的编辑:“再打脸,就是打TY小编的脸了”。整个一副小人得志(小狗得志?)的恶心嘴脸,和先前贴了几个没头没脑的别人的职称证、就来妄谈我国没有高级建筑师职称的恶心面孔,是一样样的令人看不上的。

当然不可否认单教授无论年龄、职称、资历、知名度都是强过本人,那是不是就可以说:其他人只要资历不如他的,就不许再开口质疑了吗?看来我们贴子的门槛和逼格真的是有点高啊,不管理个三五家甲级设计院都不好意思出来回帖的。如果真的这样,无话可说,赶紧扎口散伙吧。不是教授加博导加国家津贴专家以后就别在天涯发帖和回帖玩了。

我一直在请示“字母”是不是真的不能质疑教授的推论,怎奈它这时候偏偏金口难开不吐象牙了。前面51楼和110楼问它几个问题,我也是再三追问,始终得不到正面回答,然后冷不丁哪天又冒出来吐几句酸话,总是能令人哭笑不得,实属是一匹犬中奇才啊。

玩笑话说够了,我讲些正经的。我不知道“字母”它拿这个来作为依据,是否认认真真、从头到尾、看完看懂、并且真的相信了,还是只看了标题"论世贸大厦的倒掉"就以为捡到了宝贝,就匆匆忙忙贴出来,只为黑而黑。

单教授的那个推算如果作为力学计算习题自然是可以的,但如果要拿来为世贸中心
倒塌原因下结论,我只能说极不合适。总结为两句话:初始模型让人“一头雾水”、最终结论令人“瞠目结舌”。何解?容我细细解释。
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-09 08:49:37 +0800 CST  
第一:模型方面。

这个模型只是一根6米长的典型的简支梁,其实就像一根扁担搁在两个板凳上,详见下图(大家一起跟我念念“扁担长、板凳宽,扁担要搁在板凳上、板凳不让扁担搁在板凳上………)。我就不明白了,6米长的简支梁,究竟代表世贸大厦的整个形体、还是代表其中某个柱段抑或某根楼面梁呢?怎么看都不像吧。


6米的跨度,既不是核心筒的尺度30米,也不是内外筒之间大空间的尺寸17米,最适合的恐怕就是某个房间比如公共卫生间的尺度了,可是在这个跨度的中点,整个上部大楼的重量是以一个无限小的质心的形式砸下来的,还能刚好砸在梁中心点(而不是柱顶或者核心筒壁)。

美狗如果执意拿这种奇怪的模型来跟我较真,纯属IQ数值无下限、道德水准无底线,引用它原话就是是“博人眼球丢人现眼,侮辱建筑设计这个行业,被所有业内人士鄙视”(我依稀方佛又听到清脆的啪啪声响起了),难道就不怕砸下来砸烂了厕所楼面、大粪溅你一身一狗脸吗?哦,没事,在美狗眼里,它主子美国佬的便便都比中国人的米饭更香,正好饿了求之不得呢,反正也不想吃中国饭了。

还有,该模型假定:梁自重20KN,截面抗弯刚度122000kNm平方。我就又奇了怪了,不知道这个数字到底是怎么计算得来的,话说世贸中心楼板的参数本人一直求之而不得、辗转反侧。如果这只是拍脑袋出来的取值或者别处套过来的,怎么能证明世贸中心也是相似的情形,得出的结论又怎么能够用于解释世贸中心的倒塌呢?

这个模型和我做的上万个柱段的筒中筒模型相比,也真的那么有点太那么简单了点吧(楼里曾经有人

质疑我说:专家是把复杂的问题简单化并解决,而教授是把简单的问题复杂化。看来这话是真心不靠谱啊)。

总而言之,拿一个和世贸中心结构完全风马狗不相及的“扁担模型”计算出来的结论,套在世贸中心巨大的核心筒上,来解释世贸中心的最终倒塌,有多少可比性、合理性和信服力呢?这样都能行的话,我建个狗窝模型也能大谈特谈“论世贸大厦的倒掉了,不要说国家津贴,就算联合国津贴都可以照领不误了吧。
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-09 08:51:25 +0800 CST  
第二:结论方面。

比起模型的不靠谱,这点恐怕就更让人目瞪口呆了。经过一通高大上的计算,结论是:从20公分的高度(是的你没有看错,就是0.2米,我也以为是眼睛老花看错了),自由落体砸下来,“冲击作用的等效静荷载相当于自重的30倍”!我的god呀,话说2米高度砸下来我可能会相信,可这仅仅是20公分的高度,普通人只要不坐轮椅,随便跳起来都不止这点高度吧。

把这个结论作用到世贸中心上,我是不是可以这样说:成年人平均体重70kg,在世贸中心楼面随便跳一下,砸在楼面上的作用力相当于2100kg,就是2.1吨。如果是美狗新主人100kg以上的那种体格,可就要小心了,效果起码相当于3吨。

这里照顾行外人,为直观起见,不说KN单位了。你随便跳一个就给楼板施加了两三吨的力道,人家楼板也不干了,作用力等于反作用力,它也立马回敬你两三吨的向上的反作用力,不知道美国人的小腿骨和踝关节要有多强大,才能天天承受地面动不动数吨的反力啊。对了,难怪人家奥运冠军那么多,果然没有服用兴奋剂,个个都是拯救地球的superman和superdog,都是天天在世贸中心坚持刻苦训练的结果。

承受30倍自重的反力,相当于特技飞行员瞬间承受30个g的过载,不知道全世界有几个飞行员受得了。这方面我如果说错了,算我没说。毕竟对于飞行我就是个门外汉,我也没研究过伟大的日本神风队撞击军舰的成功率到底有百分之几千。

言而总之,模型最初取值的问题,导致得出奇葩结论:美狗和美国人在世贸中心必须匍匐前进,否则就算是身材娇小的犬类品种,也是近1吨的冲击力,到时候狗腿骨折、狗肚爆裂、狗血四溅,需要清洁大妈专门来洗地,真心很麻烦哦(难怪老美清洁工工资都十几万美金一年)。在此特别奉劝美狗不要跳得太高,绝对会摔得特别不像样,别怪我没提醒你,“我是真的为你”。
楼主 从自干美到自干五  发布于 2016-12-09 08:52:31 +0800 CST  

楼主:从自干美到自干五

字数:95071

发表时间:2016-11-24 20:04:00 +0800 CST

更新时间:2018-04-03 18:59:01 +0800 CST

评论数:7631条评论

帖子来源:天涯  访问原帖

 

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