主题：【讨论】钢铁结构摩天大楼能被烧塌吗？（有更新） -- 唵啊吽
家园 轻松一下，介绍两个穿越人物 世界真奇妙。。。。。。
[FLASH]http://www.youtube.com/v/Sm73wOuPL60&feature=related[/FLASH]
[FLASH]http://www.youtube.com/v/P3jgJPAf2FE&feature=fvsr[/FLASH]
家园 燃烧部位以上重量下座导致结构崩溃，确实是崩溃偶。 这样的大片也只有上帝能导得出来。
录像上看燃烧部位低的南塔先崩，高的北塔后崩。
以下任何部位都不可能承受这样的锤击效果。
http://www.youtube.com/watch?v=8Mz0_x7313I
[FLASH]http://www.youtube.com/v/qhyu-fZ2nRA&feature=related[/FLASH]
家园 这些录像是一些非工程人员出身的猜测 如果不是搞工程出身的，会有着这些直观上的猜测。
首先定向爆破的建筑物，不是这种塌法。网上关于定向爆破的录像很多，可以看一下，有哪一个是这种从上往下一层层塌下来的？
如果你去过炼钢厂，就知道不要吹什么氧，钢炉里很容易就到达1500度的。而航空汽油在空气中不受控制烧起来的温度实际是有2000度左右。关于钢铁的强度在还没有达到一千度的时候，楼下有专业的已经解释了，已经是和砖头的强度没什么区别了。到了一千两百度以上，那是可以像面条一样柔软了。而撞上去的长途飞机里当时就有至少过半百吨以上的航空汽油。
两千度是什么概念？ 太阳表面是3500度起的。如果人间有地狱的话，那么当时现场就是人间炼狱了。
关于两座楼的结构，楼下有人也讲了。在顶部几个小时的燃烧后，实际上整个楼的钢结构都已经在几百度的高温下了，（因为钢铁的极佳导热性），连砖头都不如了。
另外，关于世贸大楼倒塌在结构力学上的分析，香港工程师年报上有详细的论述，这些学术资料在国内的应该也不是管制的，可以查到的。
这些信息在工程界，尤其是结构力学界，有很多学术论文发表的。大概过于专业的缘故，我想不搞工程的人可能会更相信一些网上的说法。
家园 而且定向爆破很难悄悄进行啊 一大堆事情要做，怎么可能瞒着楼里面这么多人呢？
难道真是看见一个杀一个？
家园 这些录像里都说了
家园 有必要介绍两个概念，结构失稳和临界荷载 对以有帖子的一些补充。这个帖子的目的不是还原每一个细节，只是应用结构设计的一些基本概念。
这里有必要介绍两个概念，结构失稳和临界荷载。
临界荷载是长细柱所能承受的最大荷载，超过这个荷载，柱会失去稳定。失稳的概念则是，当荷载超过长细柱的临界荷载，微小的侧向力引起的柱侧向变形会一发不可收拾，变形会越来越大直到柱折断。
经典欧拉公式给出了理想长细柱的临界荷载
F = pi^2 EI/(KL)^2
Pi是圆周率，I，K,L到底是什么且不去管他。
E是弹性模量，中学物理学过吧，如果不理解也不用管他。我们需要知道不同温度下E的变化就行了。
设常温２０C下 钢的弹性模量为E， 一定温度下弹性模量为Em.
弹性模量在不同温度下的比例为 Ke=Em/E
Ke
２０４C 为０.９，
３１６C 为０.７８，
３９９C 为０.７, 此时屈服应力Fy尚未降低，
４２７C 为０.６７，此时钢的屈服应力是室温下的０.９４
５３８C 为０.４９，此时钢的屈服应力是室温下的０.６６ 可见，温度升高对弹性模量的影响非常大，而弹性模量对临界荷载的影响成正比。 对屈服应力的影响已经有很多ID介绍了。
工程中柱（受压构件）的设计当然比较复杂，但是基本上都是从这个经典公式出发。
因此基本上倒塌的过程是这样的
１，冲击，破坏截面，造成结构荷载往更遭糕的方向重新分配，撞击点附近的结构荷载增加。
２，燃油燃烧，降低弹性模量（烧软了），柱或者说受压构件可承受的荷载也随之降低，３１６ C 只有７８%，３９９C只有７０%，５３８C只有４９％。
３，局部构件失稳，荷载重新往不利的方向分配，承载能力已经下降的构件要承受更大的荷载。
４，燃油仍在燃烧，从广度上说，更多受压构件受到温度升高的影响而承载能力降低，同时因为温度升高，同样的原因，梁开始发生更大的变形，（不过这比较次要）。
５回到４。这个循环是加速的。
６，同时因为屈服应力下降，梁柱的连接承载力下降，有些连接失效，
直到最后撞击点的几层结构无法承受上部荷载而崩溃压垮。 此时上部结构向下冲击，每一层都被这个上部结构冲垮，不论是梁柱井连接失效还是柱失稳（基本是同时发生）为什么？ 因为没有哪一层狠到构件和连接设计到超过好几倍的设计荷载（恒载单独考虑时设计系数为1.4）。 因为结构遭到破坏，某些长的型钢可能比较完整的留下来，混凝土之类的即使破坏的一瞬是完整的，在那个高度落到地上也会摔碎，下部结构则是被上部漫天密集的建筑碎片压碎，好比一座土山直冲到底。
前面有网友从视频截图的角度说“都成了渣”怎么压坏下部结构？ 事实上，看到的飞舞的渣只是外层崩出来的一部分，外层以内的荷载仍然存在，而且是一层一层叠压。
内井壳体坍塌(collapes)的原理和柱类似。
家园 失稳不是造成侧向变形吗?怎么变成垂直型下坠了 失稳的概念则是，当荷载超过长细柱的临界荷载，微小的侧向力引起的柱侧向变形会一发不可收拾，变形会越来越大直到柱折断。大楼烧塌可以解释，但是为什么是垂直坠落？
家园 先花再提问 首先向你表示感谢，普及了这些知识。
因此基本上倒塌的过程是这样的这句话前面的理论部分没有任何问题，如果大楼只有一根支柱的话。但是(凡事就怕但是）：
1、大楼不止一根支柱，而是47根；
外链图片需谨慎，可能会被源头改就以上三点也提出问题：
一、全部47根支柱是如何同时失效从而导致上面的部分正正的冲击下面的楼层，没有发生倾斜，使这个过程一直持续下去？
二、如果一侧支柱失效而另外一侧支柱未失效，会发生什么样的情况？该如何解释？
三、下面的帖子里说过大裤衩的钢材用量是14万吨，就算大楼用了20万吨钢材。再依据小木:算算
航空煤油密度大约0.8，42680升大概是37吨。取个整数算不满油30吨。航空煤油的燃烧值近似取整，算4.2x10^7焦/千克。30吨的总热值是1.26x10^12焦耳。
铁的比热容大约是460焦/千克度。算下来这些热量一共可以把大约2740吨铁从0度加热到1000度。。。。
所以把整个世贸大厦烧到某个温度是不够的，但是把撞击附近的那几层楼烧到足够高的温度是没问题的。
当然一方面热效率不会那么高，但是另一方面一旦点着了烧得不只是那些油，发生结构崩溃也不需要把所有的钢材都烧够，只要有一小部分强度不足就够了。
30吨汽油能把2740吨钢加热到1000度，简单折合一下，30吨汽油能把5220吨钢加热到333度。再假定楼高110层，则每层用钢1818吨；再折算一半的重量是支柱，也就是每层的支柱重量是900吨，那么30吨汽油能把9层楼的支柱加热到333度。
哦，对了，汽油和水是一样的，都会往低处流，该如何保证这汽油停留在这九层的区域呢？
- 复 先花再提问
家园 荷载重新分配是一个扩散的过程。 一部分主要承载构件失效导致荷载的重新分配，导致更多承载构件失效。
同时由于长时间燃烧造成的弹性模量和屈服应力下降，结构产生更大变形的同时，梁柱连接失效。梁柱连接为双角钢 （double clip angle），连接可能为全焊或者螺拴紧固。 受热屈服应力下降+梁柱变形，连接失效（剪，扭，拉，弯都有可能）。其连接梁上荷载重新分配与相邻的梁。 柱在失去连接结构后，其无支承长度增加（加倍），这大大减少了柱的承载力,并不需要每一根柱同时失效。 注意梁的受压部分分析时类似与柱。
以上是撞击的几层在发生最终坍塌之前的结构分析。荷载重新分配和构件失效是一个加速的过程。
当这一层残余结构终于不能支持上部荷载时，上部荷载终于压垮这这几层。若是受力相对分散的框架结构，可能压垮的是一部分。
如果一侧支柱失效而另外一侧支柱未失效，会发生什么样的情况？该如何解释？
部分失效是一个事实，不是同时失效，是一个失效－》重新分配－》更多失效的过程。
让结构失效并不需要让钢结构的每一个地方都升高到一定温度。 只要在某个截面上或者这个连结升高到一定温度就可以。全钢参与计算不确。
又有问，为什么一侧失效，大楼不倾倒。
要使一个结构倾倒，需要有侧向力。 侧向力一般是风和地震。当天风力的大小从录像的烟尘看，并不很显著。 侧向力能让结构倾倒，是因为造成的弯矩（力距）。 这个力矩在坍塌之前短时间内是存在的，是破坏截面附近上部重量在失去下部支持的时候和其与剩余结构之间的距离相乘瞬时产生，但为什么没有造成倾倒？ １，剩余结构很快被压垮，刚度中心回到中心附近２，下部结构同时被压垮，没有形成倾倒所需的旋转点。其实这个事情发生了，其中一座开始坍塌的时候有些倾倒的趋向就可能是这个因素。
家园 内井坍塌是目前最好的解释 但是，如何坍塌是关键。如果一般的燃烧的话，隔上两三层内井支柱的强度就相当可观了，会对垂直坍塌造成很大阻力。不至于类似自由落体。
另外提示一下：
1.楼塌前，楼底有巨大的爆炸声。
2.废墟中有几根钢柱垂直向天，顶部呈整齐地45度切角。
你是搞工程的，你懂的。
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 这个才是真的专家
家园 能不能给个网络链结? 多谢了! 世贸大楼倒塌在结构力学上的分析，香港工程师年报上有详细的论述
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