世贸中心是如何运作的

世贸中心塔楼采用了创新的“管状”设计，其外围支撑结构与中央核心结构的水平楼板桁架相连。

世贸中心的最终设计是一个团队的努力，汇集了数十名建筑师、结构工程师和管理人员的工作，其中包括一些杰出的人才。港务局的家伙Tozzoli选择最终团队，管理整个设计施工过程;这个项目的总设计师，日裔美国建筑师山崎实他提出了双塔的概念，以及建筑群其余部分的基本布局;结构工程师莱斯利·罗伯逊和约翰·斯奇林找到了让双子塔屹立的方法。

最后的建筑群由七座建筑组成，其中以110层的双子塔为主，高出露天广场1360英尺(415米)。这座纪念性的塔楼设计新颖、雄心勃勃，却看似简单。

在建造的时候，大部分是新的摩天大楼是围绕网格式钢骨架建造的。在本设计中，支撑结构遍布整个建筑。金属梁端到端铆接形成垂直柱，在每一层，这些垂直柱与水平梁相连。支撑柱都在内部，所以除了自身的重量外，建筑物的外部不需要支撑任何东西。这些外幕墙可以用任何材料制成，包括普通玻璃。

世贸中心团队采取了一种略有不同的方法。他们决定建造长“管”，所有的支撑柱将围绕建筑的外部和建筑的中心核心。从本质上讲，每座塔都是一个盒子里的盒子，每层楼都有水平桁架连接。

外部箱体尺寸为208英尺× 208英尺(63米× 63米)，由14英寸(36厘米)宽的钢柱组成，每个立面59根，间距超过3英尺(1米)。在广场层以上的每一层，柱子之间的空间都有22英寸(56厘米)的窗户。山崎有明显的恐高症，他觉得小窗户让建筑感觉更安全。柱子被铝覆盖，使塔楼呈现出独特的银色。每座塔核心的内部盒子尺寸约为135英尺乘85英尺(41 × 26米)，其47根沉重的钢柱围绕着一个大的开放区域电梯楼梯间和洗手间。

这种设计有两个主要优点。首先，它赋予了建筑非凡的稳定性。除了承担一些垂直荷载(建筑物的重量)外，外部钢柱还支持作用在塔上的所有水平力(风力)。这意味着内部支撑结构完全致力于巨大的垂直载荷。

其次，管子的设计使房地产变得很好。随着支撑结构移动到建筑物的两侧和中心，不需要在每层楼中放置笨重的柱子。客户可以随意配置可用空间，每层约3/4英亩。

建筑核心的垂直支撑柱一直延伸到底层以下，穿过地下室结构，一直到传播的基础地下结构。在摊开式基础设计中，每个支撑柱直接位于铸铁板上，铸铁板位于板的顶部格排。格栅基本上是一堆水平钢梁，并排排列成两层或多层(见下图)。在坚实的基础上浇筑了厚厚的混凝土垫基石地下深处。这种金字塔形状将来自柱子的集中重量分布在一个宽阔的固体表面上。钢筋到位后，整个结构被混凝土覆盖。

基础扩展基础设计

靠近每座塔的底部，在广场层，狭窄间隔的周边支撑柱放置在“柱树”上。拱形的柱树将狭窄间距的柱子的重量分散到间距约10英尺(3米)的较粗的柱子上。每一根柱子都在地基上额外的、较小的支撑基座上。

世贸大厦创新的电梯布置

为了抵抗水平方向的风力，摩天大楼需要将稳定性和柔韧性完美结合。它们必须足够坚硬，这样风就不能把它们从一边推到另一边太远，但又足够灵活，这样它们就能提供一点能量，吸收一些风能。

世贸中心的工作人员进行了大量的测试，以找出在不打扰大楼居住者的情况下，他们能允许多大的摇摆。他们把结构模型放在风洞里，甚至引诱毫无防备的测试对象进入连接着重物的可移动房间液压。

最后，他们设计的塔楼可以向两个方向摆动约3英尺。为了减少摇摆感，他们安装了大约1万个粘弹性阻尼器在整个建筑的支撑柱和楼板桁架之间。这些阻尼器中的特殊粘弹性材料可以稍微移动，但它会弹回原来的形状。换句话说，它可以稍微震动一下，然后恢复到初始位置，吸收建筑物摇摆运动带来的大部分冲击。

除了建筑物的支撑结构外，世贸中心的工作人员还必须考虑人们如何绕过双子塔。电梯对于摩天大楼的设计师来说，系统一直是一个难以平衡的问题。当你向上建造时，可用空间和占用率都会增加，你就需要更多的电梯来容纳更多的人。但是增加更多的通往顶楼的电梯在一定程度上减少了可用的楼层面积，从而减少了总入住率(这降低了收入潜力)。要算出所有的数字是很棘手的，而且它在功能上限制了摩天大楼的大小。在世贸中心建成之前，建筑师们对建造80层以上的建筑犹豫不决，主要是因为电梯问题。

世贸中心的工作人员提出了一个完全不同的系统。他们没有建造足够多的电梯把所有人从一楼送到目的地，而是决定用多部电梯把通往楼上的旅程分开。如果人们想从地面到顶楼，他们需要从电梯跳到电梯，就像你在地铁系统上换车一样。

首先，他们会乘坐快速电梯从大厅直接到一个空中大堂在78楼。从那里，他们可以直接到达目的地楼层。为了保持秩序，所有55人乘坐的电梯每边都有门——你可以从一边进入，移动到前面，从另一边退出。这样一来，乘客们就可以一直站在一条直线上。

从本质上讲，每座塔都是三座建筑堆叠在一起。这个系统取得了巨大的成功——每座塔楼共有99部电梯，每部电梯只服务于特定的楼层，居住者可以快速方便地四处走动。世贸中心之后建造的大多数超级摩天大楼都使用了相同的基本系统。

在港务局建造之前，为了建造巨大的塔楼，他们必须先建造建筑物的地基。需要在巨大的摩天大楼上休息基石也就是土壤下面的坚硬岩石，否则它们就站不起来了。为了达到这个高度，工作人员必须挖出一大堆泥土作为施工的第一阶段。

在世贸中心遗址，基岩在55英尺到80英尺(17-24米)之间。显然，挖掘到这个层次不是一项简单的任务，但这在摩天大楼建设中是正常的。然而，世贸中心的工作人员面临着另一个非典型的挑战。建筑工地紧挨着哈德逊河，只有几英尺深的地方，土壤完全饱和——如果工作人员开始挖掘，挖掘现场就会被淹没。

排干哈德逊河的水将是一场后勤上的噩梦。除此之外，它还会损害沿岸其他建筑物的稳定性。相反，港务局决定使用非常规的“泥浆沟法”，这种方法以前主要用于地铁建设。

这个过程非常简单，至少在概念上是这样。工作人员使用挖掘机械挖出3英尺宽的沟渠，一直挖到基岩水平。他们一边挖，一边用笛子吹进一个泥浆由水和一种叫做膨润土。膨润土浆料会沿着沟槽的两侧膨胀，阻塞地下水。

一旦他们完成了一段22英尺(6.7米)长的沟渠，工作人员就会把一个狭窄的七层钢框架放入洞中。然后他们从沟底倒进混凝土，同时从沟顶泵出泥浆。

通过这种方式，他们在地下建造了坚固的钢筋混凝土墙。他们用152个框架段重复了这个过程，每个框架段的宽度为22英尺，形成一个大盒子，大小为四个城市街区乘两个城市街区(约500 × 1000英尺/ 152 × 304米)，这个盒子通常被称为“浴缸”，为两座塔楼的基础结构形成了水密的周墙。

浴缸就位后，施工人员就可以开始挖掘基岩，铺设建筑物的基础支撑。唯一的问题是，浴缸里的土壤是支撑墙壁的主要手段——除去里面的污垢，外面的污垢和水的重量会把墙壁向内推。为了在建地基的时候把墙固定住，工作人员不得不跑到地下回接电缆从四周的墙壁延伸到浴缸周围的岩石。在船员完成浴缸内部的支撑结构之前，这提供了临时支撑。

四周的墙固定好后，工作人员就可以开始挖掘地基了。他们最终挖出了超过100万立方码的填埋物，并将其倾倒在哈德逊河中，延伸了海岸。这次挖掘实际上增加了28英亩的纽约黄金地段，形成了现在的样子炮台公园城。

当他们挖到基岩时，他们炸开了大坑作为塔楼的支撑结构，并开始为上面的建筑物建造巨大的基础结构。此外，地下室结构有七层可用空间，包括停车场、商店和地铁站。

除了一个令人难以置信的工程问题外，建造双子塔是一个重大的后勤挑战。这些建筑需要大量的钢——总共约20万吨——但建筑工地每次只能容纳一点点。为了在不占用太多建筑场地的情况下继续施工，港务局不得不实行“及时交货”。

在这个系统中，所有的钢铁都从制造商运到新泽西的一个巨大的铁路调车场。每一块主要的钢都标有一个长长的ID号，表明它将在何时何地使用。根据施工计划，港务局会在需要的时候将钢材从场地运到现场——小的用卡车，大的用拖船。

施工过程从内到外进行。首先，工作人员将内核的钢框架建造到特定的高度，然后在其周围组装外围墙。外围结构实际上是由连接到水平梁的垂直柱的预制部分形成的都能）.预制的部分大约10英尺(3米)宽，两层或三层楼高，重约22吨。

然后将地板结构安装在外周墙和内芯之间。地板也是预先组装的部分，由32英寸深(81厘米)的桁架组成，顶部是波纹金属表面。为了完成每一层，工作人员会在金属表面浇上混凝土，然后在上面铺上瓷砖。地板部分包括预先组装的管道电话线路还有电线，这样电工就更方便了。钢结构就位后，工作人员将外部“表皮”附着在外围阳极电镀铝，预先切成大的面板。

这种情况一段一段地继续着，塔也越爬越高。工作人员使用四台大型起重机(每塔四台)将钢结构部分吊装到位，安装在管道结构内部的长钢结构上。当地板完工时，起重机实际上可以利用重型液压装置把自己抬得更高。

当工作人员继续向上建造时，其他工人开始充实下面的楼层，安装百叶窗和粉刷墙壁。事实上，在世贸大厦正式开放前几年，许多企业就已经搬进了世贸大厦的新办公室。

最终，世贸中心双子塔成为纽约和美国的珍贵标志。

年，世贸中心大楼正式对外开放1973年4月4日到一个高度怀疑的纽约。从构思到竣工，世贸中心项目一直不受纽约人的欢迎。企业主和居民对被赶出建筑工地感到不满;整个城市的市民都想知道，港务局为什么要在这个项目上投入这么多钱(估计超过10亿美元，相当于今天的45亿美元)，显然是以牺牲公共交通设施为代价的;环保人士对一些施工做法提出了质疑;几位著名的建筑评论家说，这些塔楼太大太浮夸了。对于港务局、设计团队和施工人员来说，盛大的开幕无疑是一个值得庆祝的日子，但世贸中心综合体在赢得城市认可方面经历了漫长的道路。

在接下来的十年里，它做到了这一点，然后继续赢得了全国其他地区的支持。由于在几部电影中的突出表现，比如《吸血鬼日记》1976年《金刚》翻拍伍迪·艾伦的“曼哈顿”,和“超人”在电影中，双子塔作为纽约的一部分获得了广泛的认可。

双子塔的名声还得益于几项引人注目的特技。在世贸中心建成后的几年里，跳伞成功地从塔顶跳伞，攀登者爬上大楼，一名法国杂技演员在钢索上在大楼之间来回行走。在短短几年内，双子塔的独特形象成为纽约明信片、t恤和广告的主要内容。这些建筑已经演变成这座城市值得骄傲的象征，巩固了它们作为美国标志的地位。

双子塔还让纽约人对这座城市有了新的看法，从而赢得了他们的支持。游客可以爬到世贸中心2号楼南塔的顶部，在室外的观景台上俯瞰令人叹为观止的天际线。在晴朗的日子里，每个方向都能看到40多英里(64公里)。预算较充裕的游客可以在一个环境更优雅的地方欣赏美景，那就是位于世贸中心1号楼北塔顶部的“世界之窗”餐厅。当观景台和餐厅开放时，就连世贸中心最坚定的批评者也来围观。

大多数纽约人(以及大多数美国人)主要是从外面熟悉双子塔的，但在双子塔里工作的成千上万的人有一个非常不同的视角——他们不仅欣赏这些建筑的巨大规模，还欣赏里面令人眼花缭乱的各种活动。世贸中心支持大约500家企业，共有5万名员工。其中包括银行律师事务所，经纪公司，电视电台、出版商、慈善组织和航空公司等等。此外，塔楼包括9个不同信仰的小教堂。

在一个正常的工作日，来自世界各地的游客多达20万人次。随着活动范围的扩大，双子塔几乎成了一座独立的城市。

2001年9月11日上午，在恐怖分子袭击双子塔之后不久，双子塔看起来似乎还会屹立不倒。虽然飞机坠毁使双子塔的大部分被毁，但整体结构似乎完好无损，至少对地面观察员和数百万在电视上观看这场灾难的美国人来说是这样。但不到一个小时，2号世贸中心就倒塌了，40分钟后，1号世贸中心也倒塌了。

在袭击发生后的几周内联邦紧急事务管理局(联邦应急管理局)和美国土木工程师学会结构工程学会(SEI/ASCE)组建了一个由科学家和工程师组成的团队来调查这些建筑是如何倒塌的。根据视频、目击者的描述和碎片分析，该小组对发生的事情形成了一个可能的假设，并于2002年4月公布。2002年8月国家标准与技术研究所美国商务部下属机构美国国家标准与技术研究所(NIST)宣布，它将启动自己为期两年、耗资1600万美元的研究。

以下是联邦应急管理局评估小组的结论摘要，这些结论与袭击发生后数周内众多媒体的评估基本一致。你可以在联邦应急管理局网站。

当飞机撞到两座大楼时，碰撞以两种主要方式破坏了每座建筑:

令人惊讶的是，最初对支撑结构的破坏还不足以使大楼倒塌。该报告以及一些著名的工程师声称，地球上的大多数摩天大楼都会在这样的碰撞发生后几秒钟内倒塌。但碰撞确实将建筑物的全部垂直荷载转移到剩余的柱子上，显著增加了结构的应力水平。

报告称，如果没有任何额外的支撑结构载荷，双子塔可以无限期地保持下去。但是火灾的极端高温，在某些地方可能超过2000华氏度(1090摄氏度)，对外围柱，核心柱和它们之间的地板桁架施加了巨大的压力。

主要因素实际上是火灾的规模——它覆盖的总面积。建筑火灾通常从一个小火开始——比如一堆纸上燃烧的香烟——逐渐蔓延到更大的区域。在这种情况下，火焰在燃料(可以燃烧的东西)最多的地方最强烈，它只在最强烈的地方显著削弱支撑结构。如果一场大火始于摩天大楼楼层的西北角，当大火蔓延到东南角时，起点的起火点已经燃烧了大部分燃料，火势就不会那么强烈了。结果是火灾不会一次对整个支撑结构施加最大的压力。随着时间的推移，它会依次拉伸支撑结构的不同部分。

在世贸中心的事件中，燃烧的喷气燃料在几秒钟内将大火蔓延到几层楼。这场大火几乎在这些楼层的所有地方都给建筑结构带来了巨大的压力。

此外，报告还指出，碰撞的力量消除了喷在钢上的大部分防火材料，使结构更容易受到热损伤。

热量使钢支撑结构膨胀、扭曲、屈曲，逐渐降低了建筑物的稳定性。这段时间里可能发生了很多事情。例如，垂直柱和楼板桁架之间的连接可能断裂，使较低楼层的部分楼板掉落，并破坏了核心和外墙之间的连接，可能导致沿周长的柱向外弯曲。每一个断裂的连接或钢的弯曲长度都增加了作用在连接的钢段上的力，直到整个结构被削弱到无法支撑建筑物上部的程度。

当这种情况发生时，每座建筑物的顶部都倒塌到建筑物的下部。从本质上讲，这就像一座20层的建筑在另一座建筑上倒塌。在撞击之前，上层建筑对下面的上层建筑施加了一个恒定的向下的力——它的重量。显然，较低的上层建筑足够坚固，可以承受这种重量。但是当柱子倒塌时，建筑的上部开始移动——向下的力重力加速它。一个物体的动量——它运动的量——等于它的质量乘以它的速度。所以当你增加一个质量固定的物体的速度，你就增加了它的动量。这增加了物体对另一个物体施加的总力。

为了理解这是如何工作的，想想锤子。放在你手里，一点也不疼。但如果你把它掉在脚上，它会造成一些伤害。同样，如果你向前挥动锤子，你可以施加足够的力量把钉子钉进墙上。

当每座塔的上部结构倒塌时，它的速度——因此它的动量——急剧增加。这种更大的动量产生的冲击力超过了被破坏区域下方圆柱的结构完整性。那些支撑柱都垮了，整块东西倒在更下面的地板上。通过这种方式，倒塌的建筑结构的力量打破了下面的上层建筑，从顶部一次一层地摧毁了建筑物。

换句话说，建筑质量的势能，即由于其高度和重力作用而产生的位置能量，被转换为动能或运动能量(报告将世贸中心1号的总势能设为4*10^11焦耳)。这个基本原理和专业爆破师用于拆除无人居住的建筑物。

世贸中心2号，第二座被撞的大楼，实际上在世贸中心1号之前倒塌。这很可能是由于两个不同的因素。首先，世贸中心2号大楼可能受到了更大的直接损害——第二架被撞的飞机比第一架飞得更快。其次，撞击世贸中心2号楼的飞机比撞击世贸中心1号楼的飞机撞得更低。因此，WTC 2的应变支撑柱比WTC 1的应变支撑柱承受更大的载荷，因此WTC 2的应变支撑柱更快到达屈曲点是有道理的。

虽然双子塔的支撑结构最终无法承受熊熊大火，但它的强度足以挽救数千人的生命。在建筑物倒塌之前，每座塔楼中大约有99%的人能够在建筑物倒塌之前撤离。如果双子塔的结构没有多余的稳定性，死亡人数很容易达到数万人。

2001年10月初鸟瞰“归零地”

照片礼貌联邦应急管理局

在袭击发生后的几个月里，美国和全世界都有很多工作要做。当我们大多数人都在做着很多情感上的工作，试图弄清楚发生了什么时，1500多名消防员、搜救队、炼铁工人、工程师、重型设备操作员和其他工作人员正在世贸中心遗址做着非常有形的体力工作，清理世贸中心的残骸。

地面零点的工作开始时是一项搜救行动，工作人员小心地清除残骸，寻找空洞那里可能有幸存者。在最初的几个小时里，救援人员主要是受雇桶旅，这使得他们能够仔细而系统地清除碎片。这不仅对幸存者的安全很重要，对工人本身也很重要。残骸是扭曲的钢筋、混凝土和碎片组成的一团混乱，随时都可能发生变化。

工作人员还带来了重型设备，包括挖掘机和起重机。安装这些巨大的起重机是一个真正的挑战，因为下面的地面并不完全稳定。当双子塔和周围的建筑物倒塌时，落下的钢铁在世贸中心广场上刺穿了巨大的洞，地下室的大部分地方都被碎片填满了。救援人员不仅仅是在地面上的一堆残骸中进行筛选;他们在一个堆满瓦砾的坑上面工作。工程师们必须为300吨和800吨的起重机找到并确保稳定的地面。

救援人员在废墟中搜寻， 袭击发生两周后。

照片礼貌联邦应急管理局

在世贸中心遗址工作的搜救队

照片礼貌联邦应急管理局

此外，归零地的工作人员必须解决地下浴缸的稳定性问题。坍塌的力量摧毁了支撑浴缸墙壁的大部分地下支撑结构，有可能发生大规模的地下坍塌。为了保持地下室的相对稳定，清理工程师不得不重新配置回接系统它最初是用来固定墙壁的，直到他们可以建造一个永久的支撑结构。这包括钻入地面，在墙壁和周围基岩之间敷设新的回接电缆。

清理工作进展缓慢——工作人员必须小心翼翼地进行，他们必须一卡车一卡车地把大量残骸搬到斯塔顿岛垃圾填埋场。2002年5月，当清理工作完成时，工人们已经转移了10.8万卡车的垃圾——大约180万吨材料。尽管任务艰巨，速度慢，但摄制组还是提前完成了任务，而且远远低于预算。

在袭击发生一个月后，挖掘机在归零地的废墟中进行分类。

照片礼貌联邦应急管理局

当清理工作结束后，美国人将注意力转向世贸中心遗址的未来，各种各样的愿景是这个国家情感的深刻体现。美国人希望有一座纪念碑来纪念死者，纪念历史上关键的一天。但与此同时，这个国家的大多数人都想建造新的办公大楼，让人们回到世贸中心遗址工作。

普遍的情绪是明确的:大多数美国人希望这个地方反映出9月11日的严重性和悲伤，但他们拒绝让袭击摧毁最初建造双子塔的精神。从象征意义和实际意义上讲，美国人的生活方式不受阻碍地继续下去，国际贸易盛行，工程师和建筑师继续怀有远大的梦想，这对这个国家很重要。