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如何在河边给400米高的大楼挖地基呢?工程科技难题

如何在河边给400米高的大楼挖地基呢?这是在开湾纽约双子塔地基遇到的难题,虽然曼哈顿地下20米都是坚硬的岩石,但由于这里属于填海地土壤松软并且靠近哈德逊河,因此地下水位高想要在这里挖一个20多米的深坑,必然会被地下水所淹没。为此工程师们要在挡住水的同时,还不能让周围土壤向内塌陷,于是他们在地基周围挖了一个20米深的长沟,接着往里面注入泥浆来防止周围土壤塌陷。然后放入钢笼并浇筑混凝土来替代泥浆,当浇筑完成后就形成了一个密布通风的挡水墙。
双子塔地基工程

最后再用毛杆从背面,将挡水墙毛固在底部的岩石上,来防止挡水墙坍塌。接下来就可以放心的开挖大楼的地基了,但地基下方十几米的位置,有正在运行的地铁。为了不影响地铁运行,他们利用钢结构将地铁管线牢牢的固定住,最终挖了20米才挖到坚硬的岩石。现在可以在岩石上建造大楼的主体结构,只见大楼像是乐高玩具一样,被巨大的钢构件一点点拼接起来。这些钢构件都是经过计算提前预制好的,因此大楼以很快的速度快速成长。
双子塔地基工程

但建成后的大楼高达400米,这样的高度,风速可以达到每小时160公里。为此工程师们建造了世界上第一个风洞来对双子塔进行风洞测试,经过测试大楼即使经历每小时240公里的大风仍然能够屹立不倒。但唯一不足的就是大楼顶部的摇摆幅度可能会达到10米。为了测试,人是否能在这样的环境下正常工作,工程师们制造了一个简易的实验台,里面还有两位志愿者模拟在大楼工作的场景。接着外面两名工作人员,通过摇晃实验台来模拟大楼摇晃,最终经过测试,这种摇摆幅度会导致在大楼内工作的人产生,不适感甚至恶心。
双子塔地基工程

因此想要在上面正常工作是不可能的,为了减少大楼摇摆的幅度,工程师们在底板跟墙壁之间安装了上万个阻尼器。这也是世界上第一个高楼阻尼器,有了这些保障,使得世贸双子塔成为当时最高最具代表性的高层建筑。但这一切都结束在了2001年的9月11日,两架被劫持的波音767客机,分别以每小时800公里的速度撞在了南塔跟北塔,两小时后南塔在10秒的时间就完全倒塌。半小时后北塔也随之倒塌,此次袭击事件共造成3000多人死亡。那么究竟是什么原因,导致大楼在短短10秒就全部倒塌的呢。
双子塔地基工程

首先我们要知道,这两架波音767当时装有75000升的航空燃油,撞击后这些燃油通过长长的电梯井流向每个楼层,再加上大楼内部上千吨的办公家具,从而导致大火快速蔓延。而双子大厦又是由全钢结构建造而成的,用来支撑大楼的钢柱,厚度是越往上越薄,最顶端只有2.5厘米厚。虽然钢柱都涂有防火材料,但由于飞机的巨大撞击导致防火材料脱落,并且当时建造大楼的时候为了增加更多的使用面积,钢横梁跟大楼中心的电梯井,直接连接到大楼外部的钢柱,中间没有任何支撑,这就导致钢横梁在大火中容易变形弯曲。
双子塔地基工程

为此工程师们找来了一根和双子塔一样的钢横梁来进行压力测试,他们用液压机对钢衡量,施加了1.4吨的压力来模拟每一层的重量,接着用火加热钢衡量。当加热到750摄氏度的时候,钢横梁终于承受不住顶部的压力而倒塌,这也证明了在没有防火材料的保护下,这种钢横梁是无法承受高温的。因此当这些钢横梁被大火燃烧1个小时后,受热膨胀并挤压大楼外部的钢柱,使其失去支撑能力。

并且固定底部钢横梁的螺栓也因为大火失去作用,最终大厦承受不住顶部的压力,从而发生像叠罗汉一样的连锁反应,直到坍塌到最底层。但也有人认为可能是由于铝制的机身在大火中被燃烧融化成雨水,并跟大楼内的洒水系统洒在地面上的水发生化学反应。这种反应会发生剧烈爆炸,这也能解释有人听到爆炸声的原因。但这只是推测,至于是否还有其他原因导致大楼倒塌目前仍然是个谜。

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