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五角大楼的设计如何在911事件中拯救生命

放大字体  缩小字体 来源:小编 2024-04-27 12:39  浏览次数:59 来源:http://www.fstts.cn/    

2001年9月11日上午9点37分,一名62岁的五角大楼雇员和退休的空军通讯专家正坐在五角大楼以西的交通中,突然一架轰鸣的喷气式发动机从头顶低处经过,撞到了他身后汽车的无线电天线。

这架被劫持的美国航空公司(American Airlines) 77号航班在撞向五角大楼一层之前,穿过了五角大楼停车场的三根灯杆,并爆炸成一个火球,五角大楼内的125人以及机上所有64名乘客当场死亡,其中包括5名劫机者。

虽然这一行为是可怕的,当天的所有损失都是毁灭性的,但结构损坏分析显示,如果不是60年前做出的一些关键的工程决策,五角大楼的死亡人数可能会更糟。

具有讽刺意味的是,五角大楼的建设开始于1941年9月11日。当时美国还没有加入第二次世界大战,富兰克林·d·罗斯福(Franklin D. Roosevelt)总统知道,他需要在首都附近为即将到来的军事行动建立一个基地。战时的紧急情况意味着五角大楼在创纪录的时间内建成——仅用了16个月,动用了1.5万名建筑工人。

为了应对战争,钢铁是配给的,所以五角大楼几乎完全是用钢筋混凝土建造的,包括41,000个混凝土桩和混凝土坡道,而不是连接大楼五层的楼梯。五角大楼于1943年完工,至今仍是世界上最大的低层办公楼,拥有650万平方英尺的办公空间,最多可容纳26,000名员工。

当五角大楼建成时,没有人知道它会成为美国军事力量的标志性纪念碑或目标。事实上,建筑师认为它会在战争结束后被遗弃,变成一个巨大的唱片仓库。他们的预测是错误的,但却是偶然的。

考虑到五角大楼需要长期储存大量的记录,美国陆军工程兵团增加了额外的力量和结构冗余,最终在9/11事件中挽救了数百甚至数千人的生命。

Donald Dusenberry是一名结构工程师,他为美国土木工程师协会(American Society of Civil Engineers)撰写了一份具有里程碑意义的报告,内容是五角大楼在9/11事件中遭受的破坏以及从其复原能力中吸取的教训。杜森伯里在双子塔倒塌几天后就在纽约市的归零地,并在几周后参观了五角大楼的坠机现场。

1 / 6: 联邦调查局通过盖蒂图片

他和他的同事在仔细记录和分析了五角大楼遭受的破坏后发现,尽管一楼的26根水泥柱被完全摧毁,另有15根严重受损,但五角大楼的上层并没有立即倒塌。事实上,整整30分钟后,坠机地点正上方的部分建筑倒塌,为幸存者逃生留出了足够的时间。

令人难以置信的是,在第二层到第五层的部分倒塌中,没有一个五角大楼的工作人员死亡。相比之下,在世贸大厦倒塌之前,成千上万的人被困在世贸大楼里,他们无法逃脱。

据估计,在9月11日上午撞击发生的五角大楼的“楔形”区域,有800人在工作,远远少于正常情况。令人难以置信的是,这个楔子最近进行了一次大规模的翻新,只有一小部分工人搬回了他们的办公室。如果飞机当天撞上了大楼的其他部分,那么在飞行路线上可能会有多达4500名五角大楼员工。

几乎无法想象77号航班撞向五角大楼侧面的力量。据飞行记录数据显示,这架波音757飞机重约82.4吨,飞行速度超过530英里/小时。

大楼受损的主要原因是飞机机翼和机身上的燃油储备。第77次航班于上午8点20分从华盛顿杜勒斯国际机场起飞,带着沉重的油箱前往洛杉矶进行越野旅行。当飞机撞上五角大楼时,大部分燃料仍未使用。

根据杜森伯里和他的团队的分析,飞机的轻型机翼和非燃油部分在撞击后几乎立即脱落,但沉重的油箱从一楼冲了出来,形成了一股碎片流,像雪崩一样撕裂了大楼,留下了一条两倍于飞机长度的破坏路径。

杜森贝里将波音757飞机比作一个水球。

杜森贝里说:“气球本身不是很结实,但如果你把它装满水,然后把它扔向什么东西,它就会撞击并产生相当大的力。”“正是这种需要被它撞击的物体阻止的移动质量导致了力的产生。”

杜森贝里和他的同事们在那里想弄清楚的是,在五角大楼一楼的几十根柱子被摧毁或严重损坏后,五角大楼的二楼是如何屹立不倒的。上部部分在熊熊大火中遭受严重破坏后才坍塌。

该小组的专家结论是,60年前做出的两项战略设计决策使五角大楼保持了直立。第一个问题与支撑地板和天花板的混凝土柱的加固方式有关。他们发现螺旋螺纹钢拯救了世界。

当用混凝土建造时,钢筋棒被嵌入到结构中以增加其强度。在现代建筑中,一根混凝土柱很可能由垂直于其核心的宽间距水平钢筋箍支撑。但在20世纪40年代,标准是使用连续的螺旋螺线杆。

杜森伯里的团队立刻意识到螺旋加固的优势。在一层被烧黑掏空的办公空间里,他们发现了严重弯曲的柱子,那里的混凝土外层被剪掉了,但螺旋钢筋内部的混凝土核心仍然完好无损。令人难以置信的是,那些变形的、被剪断的柱子仍然站立着。

杜森贝瑞说:“如果他们用的是圈形而不是螺旋形,我想表演就不会这么好了。”“他们当然没有预料到恐怖袭击或爆炸或任何事情。这是他们当时出于其他原因所做的一个令人高兴的结果。”

第二件让五角大楼在袭击后保持完整的事情是地板和天花板的混凝土加固方式。首先,每层的支撑柱间距相对较紧,最大间距为20英尺。因此,它们上面的混凝土梁和大梁只需要跨越很短的距离。

在这些混凝土梁内部,工程师们在一根梁与另一根梁之间搭接了很长的钢筋。杜森贝里说,正是这些重叠的钢支撑支撑着受损的混凝土天花板的沉重部分,即使下面的柱子已经倒塌。

杜森贝里说:“钢筋可以作为一个吊杆,将破碎的混凝土固定在上面的地板上。”“尽管它不再像梁一样工作,但它像晾衣绳一样挂着它。”

五角大楼是一座独一无二的建筑,一座五面混凝土堡垒,其建筑风格早已过时,如果曾经流行过的话。但杜森贝里说,现代建筑师和工程师可以从9/11事件中学到很多东西,最重要的是冗余和延展性的重要性。

冗余是在主要结构元件丢失或损坏时对备选负载路径的规划。五角大楼通过紧凑的柱形结构和横梁上重叠的钢筋来做到这一点。延性是结构构件在极端载荷下弯曲而不断裂的能力,正如幸存的五角大楼柱中的螺旋钢筋所展示的那样。

杜森贝里说:“现在设计的建筑都考虑到可能会有活动。”“不一定是恶意事件,但它损害了一个关键的结构元素。例如,你可以设计这样一座建筑,如果你失去了下面的一根柱子,那么上层的建筑就会悬挂在它下面。”

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