Prečo sa zrútili veže H-Metal z World Trade Center
Kolaps dvojičiek Svetové obchodné centrum (WTC) 11. septembra 2001 bolo také náhle, ako dramatické; úplné zničenie týchto mohutných budov šokovalo takmer všetkých. Aj dnes sa veľmi často špekuluje o tom, že budovy mali štrukturálny nedostatok, že sa roztavili oceľové stĺpy alebo že hasičská technika nefungovala. Aby sme oddelili skutočnosť od fikcie, pokúsili sme sa kvantifikovať rôzne podrobnosti kolapsu.
Veže boli navrhnuté a postavené od polovice 60. do začiatku 70. rokov a predstavovali nový prístup k veži mrakodrapy tým, že mali byť veľmi ľahké a mali zahŕňať modulárne stavebné metódy s cieľom urýchliť program a znížiť náklady.
Každá veža mala výšku viac ako 411 m nad úrovňou ulice a 21 m pod touto úrovňou. Konštrukcie mali pomer výšky a šírky 6,8. Celková hmotnosť konštrukcie bola asi 500 000 t, ale v dizajne dominoval skôr tlak vetra ako gravitačné zaťaženie. Budova je obrovským plátnom, ktoré musí odolávať hurikánu 225 kilometrov za hodinu. Veže WTC boli navrhnuté tak, aby odolali zaťaženiu vetrom 2 kPa - celkovému bočnému zaťaženiu 5 000 t.
Predbežné správy poukazovali na to, ako dobre budovy odolali počiatočnému nárazu lietadla. Ak sa však zistí, že veže mali viac ako 1 000-násobok hmotnosti lietadla a boli skonštruované tak, aby odolali konštantnému zaťaženiu vetrom, ktoré je 30-krát väčšie ako hmotnosť lietadla, nie je táto schopnosť odolávať počiatočnému nárazu vôbec prekvapujúca.
Aj keď náraz lietadla nepochybne zničil veľa stĺpov WTC, počet stratených stĺpov pri počiatočnom náraze nebol veľký a náklad sa preniesol do zvyšných stĺpov. Rovnako alebo ešte väčší význam mala explózia, ku ktorej došlo počas nárazu. Následný požiar bol zjavne hlavnou príčinou zrážky.
Je o tom známe konštrukčná oceľ začína mäknúť okolo 425 ° C a stratí asi polovicu svojho odporu pri 650 ° C. Ale ani 50% strata odporu je stále nedostatočná na vysvetlenie kolapsu WTC.
Ďalším problémom bola deformácia ocele v plameňoch. Teplota ohňa nebola všade rovnomerná. Vzhľadom na tepelnú rozťažnosť ocele spôsobí teplotný rozdiel 150 ° C z jedného bodu do druhého zvyškové napätia na úrovni účinnosti. To spôsobilo deformácie v konštrukčnej oceli. Poruchu ocele teda spôsobili dva faktory: strata pevnosti v dôsledku teploty požiaru a strata štrukturálnej integrity v dôsledku deformácie ocele vystavenej nerovným teplotám.
Svetové obchodné centrum nebolo navrhnuté nesprávne. Žiadny dizajnér WTC neočakával, ani by nepredpokladal, Molotovov kokteil tejto veľkosti na jednom z poschodí budovy. Mrakodrapy sú navrhnuté tak, aby odolali požiaru tri hodiny, a to aj v prípade, že postrekovací systém nefunguje. Tento čas by mal byť dostatočne dlhý na evakuáciu obyvateľov budovy. Veže WTC vydržali menej, ako sa predpokladalo, pretože palivové zaťaženie bolo také vysoké. S rozvojom požiaru vo WTC nedošlo v kancelárskej budove k normálnym požiarom, ktoré by za pár sekúnd pokryli 4 000 metrov štvorcových priestoru. Rozloženie po celom povrchu bude zvyčajne trvať až hodinu. Mali sme do činenia s veľmi veľkým požiarom, ktorý rýchlo postupoval.
Takmer každá veľká budova má dizajn, ktorý umožňuje stratu primárneho konštrukčného prvku, napríklad stĺpu. Keď sa však viac členov vzdá, úlohy nakoniec ovplyvnia susedných členov a kolaps nastane ako dominový efekt.
Ako priečne nosníky z dvoch poschodí najviac postihnutých požiarom ustúpilo a vonkajšie stĺpy sa začali pohybovať smerom von, padali aj poschodia nad nimi. Podlaha pod (s kapacitou navrhnutou na podporu 1300 t) nedokázala uniesť približne 45 000 ton zrútených z horných poschodí. To spôsobilo dominový efekt, ktorý viedol k zrúteniu budov za desať sekúnd pri rýchlosti asi 200 kilometrov za hodinu.