坠落之后

让摩天大楼更安全的新思维

在纽约市110层、1365英尺高的世界贸易中心双塔遭受毁灭性袭击一年后,关于摩天大楼未来的疑问依然存在。毕竟,谁愿意在宏伟、标志性的建筑中工作或生活,使其在人群中脱颖而出,从而成为诱人的目标呢?“尽管世界贸易中心倒塌是一场悲剧,但摩天大楼仍将继续存在,”纽约市著名建筑事务所Kohn Pedersen Fox Associates的高级合伙人A. Eugene Kohn断言。“尽管美国摩天大楼的建设可能会停顿长达十年之久,但我最终认为这只不过是高层建筑持续历史中一段悲伤的插曲。”

科恩指出,建造高耸塔楼的原因没有改变:拥挤城市中高昂的土地成本、迫切的经济需求(尤其是在快速增长的亚洲)以及开发商的自我。“许多伟大的建筑之所以竖立起来,是因为有人想在天际线上留下自己的印记,”他说。科恩指出了他公司正在进行的两个项目——香港的Union Square(九龙站)和上海环球金融中心,这两个项目在2007年左右完工时都将超过1500英尺高(约100层)。他说,自9月11日袭击事件以来,这两个项目都没有太大改变,因为中国的建筑规范比较保守,使得结构更加坚固。

关于设计的新思路


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然而,这次袭击确实促使工程师、建筑师和安全专家重新思考高层建筑的设计。纽约 Thornton-Tomasetti Engineers 公司的董事长查尔斯·H·桑顿表示,现在的建筑商更倾向于高度强化的结构,“让受损的建筑物站立更长时间,以便更多人可以逃生”。该公司设计了吉隆坡的双子塔,这座当时世界最高的建筑,高度为1483英尺。重点是阻止由炸弹、飞机坠毁或重大火灾等触发事件引发的连锁反应。

现代高层建筑的设计使得中央核心筒支撑结构的重量或重力荷载,而周围的外部立柱则像伸臂支架一样,防止塔楼在遭受飓风或地震时倾覆或滑动。同时,楼层将内部框架连接到外部框架,支撑整个建筑物。

脆弱的框架

就20世纪60年代后期最先进设计的世界贸易中心而言,钢网外部骨架非常坚固,但钢桁架楼层框架却非常脆弱,中央核心筒的设计无法承受显著的横向(侧向)荷载,桑顿解释道。当飞机撞击双塔时,它们撞毁了许多内部和外部支撑柱,并剥落了大部分喷涂在钢构件上的防火绝缘材料。尽管剩余的结构很容易支撑在柱子丢失时转移到它们身上的新荷载,但随后它不得不应对航空燃料火灾的潜在影响,这种火灾点燃了楼层的所有易燃物品。“正是猛烈的燃料火灾和随后的烈火导致了倒塌,”他说。联邦政府赞助的灾难研究得出了相同的结论。(有关另一种观点,请参阅“弯曲但不折断”。

桑顿认为,未来的超高层摩天大楼设计可能会更多地使用混凝土。用钢筋加固的混凝土将用于制造结构构件。混凝土还将包裹钢构件,支撑它们并使其免受火灾影响。加强结构将提高建造成本,但幅度不大。“加固应该不会使总工作成本增加超过 2% 到 3%,”工程师说。尽管混凝土建筑往往比钢结构建筑明显更重、更笨重,但据建筑师科恩称,巧妙的设计可以避免碉堡式外观。

更多安全功能

建筑师计划融入其他安全功能。楼层可以像海军舰艇一样进行分隔,以阻止框架失效和火灾的蔓延。每隔 30 层左右插入的极其坚固的荷载传递桁架可以隔离结构损坏,避免自由落体式倒塌。防火隔断和通风系统可以阻止火灾蔓延,通风系统可以对火焰上方和下方的楼层进行加压,以控制烟雾和热量,这些烟雾和热量将通过排气竖井排出。建筑物顶层的大型水箱可以用作质量阻尼器,以抵消极端横向荷载造成的任何摇摆,并用作扑灭火灾的蓄水池。

更宽、更好地防止火灾和烟雾侵入的楼梯也可能增加。设计师将分隔防火楼梯,以便一个楼梯的损坏不会意味着其他楼梯的丢失。每隔 15 层左右设置独立通风和加固的避难层或区域,居住者可以在那里等待火灾过去。还可以安装消防员高速电梯,可以在一分钟内上升到建筑物顶部。

然而,尽管采取了这些措施,专家们强调,保护摩天大楼必须有第一道防线——即必须阻止恐怖袭击的发生。

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