Защо кулите на Световния търговски център H-Metal рухнаха
Срутването на кулите близнаци Световен търговски център (WTC) на 11 септември 2001 г. беше толкова внезапно, колкото и драматично; пълното унищожаване на тези масивни сгради шокира почти всички. Дори и днес се разпространяват спекулации, че сградите са с конструктивен дефицит, че стоманените стълбове са се стопили или че пожарогасителната техника не е функционирала. За да отделим факта от измислицата, се опитахме да определим количествено различни подробности за колапса.
Кулите са проектирани и построени от средата на 60-те до началото на 70-те години. Те представляват нов подход към небостъргачи поради факта, че те трябва да бъдат много леки и да включват модулни строителни методи, за да ускорят програмата и да намалят разходите.
Всяка кула имаше височина над 411 м над нивото на улицата и 21 м под това ниво. Конструкциите имаха съотношение височина-ширина 6,8. Общото тегло на конструкцията е около 500 000 t, но налягането на вятъра, а не гравитационното натоварване, доминира в дизайна. Сградата представлява огромно платно, което трябва да издържа на ураган от 225 километра в час. WTC кулите са проектирани да издържат на натоварване от вятър от 2 kPa - общо странично натоварване от 5000 t.
Предварителните доклади отбелязват колко добре сградите са издържали първоначалното въздействие на самолета. Когато обаче се признае, че кулите са били над 1000 пъти теглото на самолета и са проектирани да издържат на постоянно натоварване от вятър 30 пъти по-голямо от теглото на самолета, тази способност да издържат на първоначалното въздействие изобщо не е изненадващо.
Докато въздействието на самолета несъмнено е унищожило много стълбове на СТЦ, броят на изгубените колони при първоначалния удар не е голям и натоварванията са прехвърлени върху останалите колони. От еднакво или дори по-голямо значение беше експлозията, станала по време на удара. Последвалият пожар очевидно беше основната причина за катастрофата.
Известно е, че структурна стомана той започва да омеква около 425 ° C и губи около половината от съпротивлението си при 650 ° C. Но дори 50% загуба на устойчивост все още е недостатъчна, за да обясни колапса на WTC.
Допълнителният проблем беше деформация на горещата стомана. Температурата на огъня не беше навсякъде еднаква. Като се има предвид топлинното разширение на стоманата, температурната разлика от 150 ° C от една точка до друга ще доведе до остатъчни напрежения на нивото на ефективност. Това доведе до деформации в конструкционната стомана. По този начин повредата на стоманата е причинена от два фактора: загубата на якост поради температурата на огъня и загубата на структурна цялост поради деформацията на стоманата, подложена на неравномерни температури.
Световният търговски център не е проектиран неправилно. Нито един дизайнер на СТЦ не е очаквал, нито би очаквал, коктейл Молотов с такъв размер на един от етажите на сградата. Небостъргачите са проектирани да издържат на огън в продължение на три часа, дори ако спринклерната система не работи. Това време трябва да е достатъчно дълго, за да евакуират обитателите на сградата. WTC кули те продължиха по-малко от прогнозираното, тъй като натоварването с гориво беше толкова голямо. Няма нормални пожари в офис сграда, които да обхващат 4000 квадратни метра пространство за секунди, тъй като пожарът в СТЦ се е развил. Обикновено ще отнеме до един час, за да се разпространи по цялата повърхност. Имахме работа с много голям пожар, който бързо напредваше.
Почти всяка голяма сграда има дизайн, който позволява загубата на първичен структурен елемент, като стълб. Когато обаче повече членове отстъпят, задачите в крайна сметка засягат съседните членове и колапсът се получава като домино ефект.
Как напречни греди от двата етажа, най-засегнати от огъня, отстъпиха и външните стълбове започнаха да се движат навън, подовете над тях също паднаха. Подът отдолу (с капацитет, проектиран да издържа 1300 t) не може да издържи приблизително 45 000 тона, срутени от горните етажи. Това предизвика ефекта на доминото, който накара сградите да се срутят за десет секунди със скорост около 200 километра в час.