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【精品案例】曾经的世界第一高楼——纽约双子塔的建造与毁灭？

发布于：2016-09-12 13:34:12 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

2001年9月11日，基地组织袭击纽约世贸双塔，以下一组老照片，曝光了当年双塔建造的过程和不为人知的故事，也让人们深度了解了世界贸易中心短暂的生命历程！

世贸双塔位于曼哈顿市区南端，是两座外观相同，高110层的双塔楼，高度同为412米。同时，整个世贸中心也是世界上最大的商业建筑群，是美国金融、贸易中心之一。

日裔美国建筑师山崎实（Minoru Yamasaki）是世贸大厦的设计者。不过值得一提的是，山崎实本人却是一位恐高症患者。

纽约世贸大厦的临近街区原先为一处集中售卖收音机以及电子设备的商业区。不过在1966年，为了建造世贸大厦，纽约ZF特意将这些商店迁至别处。

1967年，建筑单位已将周围建筑全数清空，并且开始着手进行世贸大厦的建造工作。

1968年，建筑工地已部署数台大型起重机，世贸大厦的建筑工作全面展开。

实际上，早在1946年，就有设计师提出了世贸大厦的建造方案。不过由于各种原因，纽约ZF一直到十九世纪六十年代才将这一计划付诸实践。1967年，ZF部门拨款7400万美元用于购买建筑大厦所需钢材，预示着整个建筑工作已全面展开。

1971年，世贸大厦建造工作已进入尾声。图为当时拍摄的空中鸟瞰图。

世贸双塔拔地而起，成为当时世界上最高的摩天大楼，同时也是纽约市的地标建筑之一。

1971年，世贸双塔成功封顶，建造进程也接近完工。此外，从图中可以看出当时世贸双塔要远比其周围建筑物要高。

1970年以及1971年，建筑方分别为北塔和南塔举办了盛大的封顶仪式。据悉，世贸双塔完工时，已耗资9亿美元，远超之前的预算。

结构设计分析.珍藏资料

世界贸易中心（1WTC），是曼哈顿世贸中心遗址重建计划的四座塔楼中最高的一座，由高层建筑与城市人居(CTBUH)理事会宣布将成为北美最高的建筑,同时也将成为世界已建建筑中的第三高楼。为了与丹尼尔•里伯斯金的总体规划保持一致，该塔楼从地面到塔尖的总高度为1776英尺，恰恰是美国的建国年份,主体结构的设计高度与原本的世贸中心塔楼高度相同,为1368英尺，最上部是一个408英尺高的螺旋塔尖。螺旋塔尖设计达到了塔楼设计要求的高度，主屋顶上有一个多层格子圆环，螺旋塔尖就安置在圆环上，与自由女神手中的火炬形神相通。

1.2新标准

2001年双塔的倒塌成为工程界一个严重的案例，未来高层建筑的建设需要在防恐怖袭击方面吸取教训。设计团队面临了众多前所未有的挑战——特别是安全问题——预计将达到或超越尚未公布的法规和标准。我们也敏锐地意识到这座塔楼的设计或许会为未来的高层建筑设计提供一个标准，激励我们超越常规的高层建筑设计技术。

1.3 结构分析

1WTC的建造计划包括300万平方英尺的地上建筑和50万平方英尺的地下空间。塔楼包括71层的办公楼层、8层的MEP空间、1个50英尺高的大厅、客户放松空间、1个2层的位于1269英尺高空的观景平台、“天空”餐厅、停车场、零售部和通往公共交通网络的通道。塔楼结构在地下延伸了70英尺，为地下4层。考虑到地下地铁等的位置，塔楼下部构件需要重新排布。这些空间需要45000吨结构用钢。

1.4 塔楼设计

该建筑办公楼层从地上190英尺高度开始，在4层的主大厅上开始建造。塔楼的四角逐步被削掉，从办公楼层的第一层开始逐渐向内倾斜直到屋顶，此时楼板单边长度为145英尺，与底部的四边形旋转了45o。立面形成了8个拉长的等腰三角形，组成棱柱外形。在塔楼中部，平面变成了等边八角形。塔楼几何外形的变化不仅是为了满足面积要求，同时也创造了可以减小风效应的气动外形。纽约地区的高层建筑设计主要由风荷载控制，这种外形可以有效减小塔楼风压。

框架体系结构用钢大约为45000吨

塔楼的总高度（包括塔尖）为1776英尺，主体结构的高度与原世贸大楼的高度相同（1368英尺）

二、结构创新技术

塔楼的基础和地下结构采用扩展和条形基础建立在曼哈顿的基石上，每平方英尺可以承受60吨或更多的力。由于空间限制，例如靠近地铁线路，有时需要深挖基础以获得更大的地基承载力，此时的地基承载力达到了114吨每平方英尺。在岩石下80英尺的地方放置锚杆来抵御极端风事件带来的倾覆作用。

地铁在塔楼地下西部运行（挖掘下来的基石通过挡土墙包围，保持世贸中心本来的地下水位）。因为施工时必须保证地铁线路的正常运行，施工顺序在地下结构设计时就成了首要考虑的因素。临时结构钢框架被引入并整合到结构中。用于临时支撑楼板的永久和临时钢架跨越在铁轨上方，而一些塔楼的柱子则被转移至远离铁轨。

塔楼的稳定体系，通过地下结构进行提升，达到自平衡。塔楼结构是一个混合体系，混凝土核心筒框架外包围了钢楼板骨架和周边韧性钢框架。钢筋混凝土核心筒体系在塔楼中心如同脊椎，为重力荷载、风荷载和地震荷载提供承载力。核心筒在底部几乎是正方形，基础挖深大约为110英尺——足够承担本塔楼的重量，包括设备间和各种形式的出口。墙体之间采用钢筋混凝土墙宽翼缘梁连接混凝土剪力墙，周边加入柔性框架，增强建筑冗余度，并进一步提高侧向风荷载和地震荷载作用下的整体建筑性能。周边框架包围了所有垂直和倾斜构件，形成了管状结构。

塔楼的反棱柱几何外形在其独特结构条件下，需要特殊的节点设计和制造方法。为进一步提高抗侧力体系，核心筒部分通过伸臂桁架与外框架结构相连。由此，周边框架核心筒体系可以使塔楼更加安全。

夜晚，曼哈顿星空下的世贸中心（左边）和其他地面建筑效果

世贸中心一号塔楼的外立面被分成八个拉长的等腰三角形

三、建造创新技术

混凝土核心区内的楼板体系采用混凝土梁板结构，核心筒外的楼板部分为压型钢板混凝土组合楼板，通过支撑钢梁连接到剪力连接件上。核心筒和外围框架之间（最大跨度为47英尺）采用无柱楼板体系，可以提高施工效率，也提供给用户灵活使用的空间。

最常见的混合建造方法是混凝土核心筒使用液压爬模和液压滑模施工，而不依赖已有的钢框架，钢框架随着已建成的核心筒进行推进，本工程采用一种创新的建造方法。在混凝土核心筒建造前，全层范围内施工全钢框架，包括核心筒内和核心筒外，核心筒内的钢框架作为骨架系统预埋在混凝土剪力墙内。建造过程大概分为4个工序，包括钢框架，金属楼板和核心筒外部混凝土，混凝土核心筒剪力墙，核心筒内的混凝土楼板建造。为了提升模板，核心筒外部采用了一个宽翼缘环带梁来保持楼板体系和核心筒剪力墙之间的临时空间。施工顺序在整个结构设计中十分重要，因为它会影响到各种构件的连接方式和节点构造，特别是在混凝土核心筒剪力墙和相邻区域的交界部位；同时也会影响到塔楼轴向收缩的性质，计算和施工补偿的方法。由于不同材料的性能影响，在混合体系结构中考虑轴向收缩变得越来越重要，例如钢材的变形、混凝土的徐变、蠕变和收缩作用等变得更加复杂。

研究轴向收缩目的是为了确定混凝土核心筒和周边钢框架在建造过程中的变形。钢材的弹性变形在吊装之前必须仔细考虑，以保证施工结束时楼板是平整的，并定位在理论的水平位置上。为了补偿这些收缩，建造商可以调整周边钢柱和中心混凝土墙的高度，使它们一开始并不在同一高度上。

塔楼目前被宣布为北美最高建筑

结构设计规范

从一开始，面临的主要挑战就是为结构设计选择适当的规范和标准。纽约市现行使用的规范是基于1968年的规范修订的版本，与港务局的设计规范共同构成主要的设计规范。然而，本工程有必要采用最先进的规范来对塔楼进行设计，风荷载和地震荷载的设计采用IBC2003结构标准（它们将会被作为新版纽约建筑规范的基础）。考虑到结构的完整性，强化结构冗余度，美国政府标准，例如GSA、DOD和FEMA被用来作为进一步改进的参考。此外，最新的AISC和ACI规范，标准和规范被采纳，特别是关于抗弯框架连接的柔性设计。

塔楼底部的结构体系

风洞试验

结构的风荷载按照IBC2003进行设计，并考虑了纽约当地风荷载情况。此外，还进行了一系列的风洞试验，以确定飓风情况下的风效应以及满足人体舒适度时的风荷载的精确测量。针对设计的不同阶段，在Rowan Williams Davies & Irwin风洞实验室进行了高频测力试验和气弹模型试验，同时也考虑了塔尖的空气动力效应。风洞试验也考虑到了周边环境的影响，甚至包括后续建成的2、3、4号塔楼。最大的风荷载加速度会对人体舒适度产生影响，同时，飓风设计的重现周期为1000年一遇。

2013年12月，1WTC建造完成，2014年晚些时候将对外开放。该塔楼采用了多种创新的工程解决方案，是由众多设计和施工团队为了同一个目标，在几年间亲密合作，不懈努力，打造出的曼哈顿地区的地标性建筑，体现了国家精神和专业价值。

塔楼设计风荷载为1000年一遇，依据IBC2003

1971年，曼哈顿市区南端全景图，世贸双塔成为其中最亮丽的风景。

1971年，世贸双塔正在进行施工，不过大厦顶端似乎已抵近云层，可见其高度之高。

世贸双塔建造过程历时7年，北塔和南塔分别于1972年和1973年完工。1995年，世贸双塔对外开放，并且有“世界之窗”之称。

不过，世贸双塔从设计之初到建成完工，一直遭到不少人士的批评。特别是到了工程后期，不断攀升的建筑预算更是遭到不少政界人士的抨击。

世贸大厦建成后，迅速成为了当时美国流行文化的一部分。在1976年上映的影片《金刚》当中，最后这只大猩猩带着女主角戴安爬上了世贸大厦。在武装直升机的扫射下，金刚倒下了，最后从世贸大厦上跌落。

世贸大厦北塔第106层和第107层设有餐厅，游客可以从这里看到整个曼哈顿以及纽约港的美景。2000年，这个餐厅成为全美盈利额最高的饭店之一。

然而，2001年9月11日，这一天注定成为人类建筑史上最黑暗的一天！
基地组织的行为彻底摧毁了这一切，这个当时世界上最为经典的建筑就此走完了它短暂的一生！

整个曼哈顿地区被烟雾和灰烬笼罩，成为人间地狱！
至此，响誉全球几十年的双子塔在这一天从这个星球上消失了，留下的是一片废墟以及人们的悲痛，哀嚎，恐惧，愤恨！

灾难结束后，人们不禁要问：“为什么一切来的这么的突然？为什么ZF没有任何的预警？为什么大楼会那么脆弱以至于整体倒塌，而倒塌的方式却如此的奇怪？大楼的结构是不是因为当初的赶工而导致质量低下？”
种种疑团犹如雨点般的冲击着ZF部门，面对着外界的质疑，他们却把矛头直指建筑的防火材料以及结构！

当初，大厦在建造时为了能尽快的完成并且符合质量要求，有关方面邀请了世界著名的结构设计师布鲁斯-莱斯利单纲结构设计，他采用的全新理念“摸数设计和悬臂桁架”，为大楼的牢固打造了坚实的基础，这个理念已经被广泛应用于现在的高楼建设中。

当时有关方面给的结论是：
这样的摩天大楼在设计时必须考虑自然灾害和人为灾害，自然灾害主要来自于地震已经风，人为灾害主要是火灾，但是谁也不会想到去考虑接受航天器的冲击。在建造时，大厦为了加快施工进度，采用了4边4个角的大柱子固定建筑的纵向，而建筑的横向支撑就采用了“摸数设计和悬臂桁架”方式，即用每层的地面作为4个主梁的横向支撑。

但是大火时这些横向楼层地面都铺着地板，地板遇到大火，不久就扭曲变形，直到地板被摧毁，随着一个个楼层地面的变形，大楼的横向支撑也随之消失，再加上有些材料耐火程度不够，大厦支撑不住终于倒塌。

但是在之后的时期里，某些权威专家发现了一个非常奇怪的事情：
疑点1.：
就在大楼倒塌前的时间里，有部分人拍到大厦底部不断的有烟冒出，并且有不断的巨大爆炸声，声音非常大，调查人员怀疑在大厦遭到攻击时大厦的地下室似乎被某种巨大的力量冲击着，而在调阅事发时现场的画面时，调查人员惊讶的发现在大楼燃烧倒下前几分钟，大厦每隔几层的窗户玻璃在往外暴烈，而且大部分楼层根本还没燃烧，也不是撞击点，是被一种来自于大厦内部的力量冲击导致玻璃往外爆裂，慢镜头显示爆裂时还有大量的烟雾涌出。

疑点2： 根据大厦内部工作人员反映，大厦倒塌前一周里，莫名有许多身穿工程服的人拿着各种工具陆续进入大厦，每天进出，而上班人员每天早上进入办公室时，经常发现窗户上有许多石灰。
根据97层的生还者叙述，大厦的98层是没有人租用的，所以那里根本不应该有声音，但是自己常常白天听到楼上传来敲打声和冲击钻的声音，但是一到楼上声音就停止了，每天自己办公室窗台上到处都是石灰。

疑点3：
距离大厦一个街区的7号楼，是ZF部门办公的地点，而根据确凿证据显示，大厦倒塌前的一个星期，这个数层楼高的7号楼突然在一夜之间人去镂空，而根据某调查人员的偷拍视频为证，某副SZ在交谈中亲口吐露出自己其实已经知道一周后大厦要“倒塌”的消息，这个视频已经被暴光！

9·11之后，美国再无双子巨塔，设计师应该引起深思啊！