↑↑“９↑↑↑.↑↑↑１１”恐怖袭击事件中，两架被劫持的波音７６７客机分别撞击世界贸易中心的南北两座大厦的上部。每架飞机重约２００ｔ，除乘客外，满载了９万Ｌ的喷气发动机用燃油。撞击后，大厦立即起火，浓烟滚滚。过了一个多小时，两座大厦先后突然坍塌，酿成重大伤亡和经济损失。这两个钢结构的庞然大物，竟会如此迅速地轰然坍塌，令世人震惊。事至今日，对大厦坍塌的原因推测，众说纷纭，莫衷一是。其中广为流传的是，大厦在结构上有问题，钢柱子被大火烧熔化了，或者说防火设施失灵了等等。大多数的看法都出自定性的猜测，难以得出正确结论。近来，有一篇来自美国麻省理工大学的报告，对大厦的设计以及对从撞击、起火到坍塌的全过程进行了简明的定量分析，有理有据，令人信服地揭示出大厦受撞击后迅速坍塌的原因。现将主要内容介绍如下。↑↑↑ ↑

↑↑一、大厦钢结构的特点↑↑↑ ↑

↑↑世贸中心大厦是２０世纪６０年代中期到７０年代初期设计和建造起来的。它采用了新型摩天大楼的设计思想，显著减轻重量并运用模拟构建方法，以加速工程进度和降低造价。↑↑↑ ↑

↑↑一幢摩天大厦在建筑师眼里被看作是一个直立的悬臂梁。世贸中心南北两座大厦结构完全一致。每幢楼６４ｍ见方，地下２１ｍ，地上４１１ｍ，高宽比６↑↑↑.↑↑↑８，总重量约５０万ｔ。大楼为钢结构，钢材重量约１５万ｔ。设计中主要考虑的是风力作用而非重力负荷。整个建筑物就像一面风帆，必须能经受住时速２２５ｋｍ的飓风。这时风的作用力为２０００Ｐａ，作用在大厦上的横向总负荷达５０００ｔ。为了抵抗风力，采用了轻重量的“外环筒状”结构。如图所示，有２４４根钢柱环抱在大厦的外围，每根柱子的截面是３６ｃｍ见方的箱形。柱子间的中心距为１００ｃｍ。这样窗户的宽度就可以大于半米。在这个外环结构的内部，有一个尺寸为２７ｍ×４０ｍ的内心，用以支撑大厦的重量，其中设置电梯、楼梯间、机械提升装置以及水、电、气等公用事业设施。每一层楼用高度８０ｃｍ的网状结构桁梁，把外环与内心连接起来，再把水泥铺在这些桁梁上，做成地板。整个大厦呈“花格灯罩”形结构，含有约９５％的空间，所以坍塌后，废料只有几层楼高。这种花格灯罩形结构是一种超静定结构。如果失去一、两根柱子，负荷会转移到相邻的柱子上去，使建筑物依然耸立。在世贸中心大厦采用这种轻重量的外环筒状设计以前，大多数高层建筑的结构是在整个楼内，以５ｍ的间距设立许多巨大的柱子，并用大量的砖石结构支撑部分建筑物的重量。世贸中心大厦用的是轻重量的钢结构，由于拥有２４４根外围支柱，而成为最具超静定性和回弹性的摩天大楼。↑↑↑ ↑

↑↑二、飞机撞击的影响↑↑↑ ↑

↑↑如前所述，大厦是一个庞然大物，其重量远远大于撞击飞机的重量，达１０００倍以上，而且大厦的设计，能承受３０倍于该飞机重量的飓风袭击；因而，在飞机撞击之初，大厦岿然不动，就不足为怪了。此外，九月份的当天，风力不大，撞击以前，外围支柱承受的应力仅达设计允许范围的１／３。↑↑↑ ↑

↑↑飞机上结构部件的强度均低于大厦外围箱形钢柱的强度，只有机身下部的龙骨强度与之相当。尽管飞机的撞击肯定会损坏大厦外围的几根柱子，但是撞击之初，柱子损失的数目不多。由于是超静定结构，负荷会立即转移到其余的支柱上。然而严重的是，飞机上装载了９万Ｌ喷气发动机用的燃油，约占飞机总重量的１／３，撞击后立即爆炸起火。随后的大火显然是造成坍塌的主要原因。↑↑↑ ↑

↑↑三、大火的灾害分析↑↑↑ ↑

↑↑大火如何造成世贸中心大厦坍塌，是一个很容易引起误解的谜团。时至今日，不少媒体及许多科技界人士认为是大火把钢烧熔化了。他们的根据是，喷气发动机用燃油燃烧起来很热，油量又是如此巨大，这是想当然的结果。乍一看来似有道理，但却经不住仔细推敲。问题出在这些人们，把温度和热量这两个概念弄混淆了。两者虽有联系，但却并不是一回事。↑↑↑ ↑

↑↑从热力学上看，“温度”表示的是物质被加热的程度，描述的是物质所处的状态，它与物质的数量无关。然而，“热量”则具有广延性，它与物体中所含物质的数量有关。物体中所含的热量通过比热和质量↑↑↑(↑↑↑或重量↑↑↑)↑↑↑这两个参数决定出它所具有的温度。用人们的常识就可以区别这两个概念，一个火炉正在熊熊燃烧，加进一批燃料，火焰温度不会成倍升高，只是燃烧的范围或者燃烧的时间相应地增加。在这种情况下燃烧放出的热成倍增加，但温度却变化不大。这也就是说，虽然世贸中心大厦上部被撞击的少数几层楼内装入了高达９万Ｌ的喷气发动机燃油，大火的温度不一定会很高。↑↑↑ ↑

↑↑在燃烧学里，火焰分为喷气发动机燃烧，预混合燃烧和扩散燃烧三种火焰。喷气发动机燃烧是燃料和氧化剂按接近分子式的比例混合起来，并在恒体积的燃烧室内点火燃烧的。由于燃烧产物在燃烧室内无法膨胀，便以很高的速度喷射出来，完全燃烧而产生出最炽热的火焰。↑↑↑ ↑

↑↑预混合燃烧时，燃料与氧化剂也以接近分子式的比例混合；但是混合物从喷嘴喷出后才点火燃烧，压力恒定，火焰喷射的速度不如前者那么高。乙炔焊枪和煤气本生灯的火焰属于这种类型。↑↑↑ ↑

↑↑至于扩散火焰，着火前燃料和氧化剂并没有混合在一起。它们是不加控制地流动到一起的。当两者的比例达到燃烧条件时，便起火燃烧。一般火炉子中的火焰就是这种在空气中燃烧的扩散火焰。世贸中心大厦也是这种火焰。三种火焰中，这种火焰的发热强度最低。↑↑↑ ↑

↑↑火焰能够达到的最高温度是可以计算出来的。设燃料和氧化剂的起始温度在室温，碳和氢在纯氧中燃烧的最高温度分别为３２００℃和２７５０℃。因而，无论何种碳氢化合物，在纯氧中从室温开始燃烧，其火焰的最高温度均在３０００℃左右。↑↑↑ ↑

↑↑当碳氢化合物不在纯氧中，而是在空气中燃烧时，最高火焰温度要降低２／３。这是因为每一个氧分子↑↑↑(↑↑↑Ｏ２↑↑↑)↑↑↑燃烧时形成一个分子的一氧化碳↑↑↑(↑↑↑ＣＯ↑↑↑)↑↑↑和一个分子的水↑↑↑(↑↑↑Ｈ２Ｏ↑↑↑)↑↑↑而释放出热量。当在空气中燃烧时，这些热还要额外加热四个分子的氮气↑↑↑(↑↑↑Ｎ２↑↑↑)--↑↑↑空气中Ｎ２和Ｏ２的比例是４：１，即共计要加热６个分子，为在纯氧中燃烧时的３倍，从而温度的升高只能达到在纯氧中燃烧时的１／３。喷气发动机燃油是一种碳氢化合物，可以估计它在空气中燃烧的最高温度约为１０００℃。钢的熔点在１５００℃左右，难以被熔化。↑↑↑ ↑

↑↑况且，在扩散燃烧中无法保证燃料与氧化剂能按最佳的比率混合，因而很难达到这个最高温度。一般来说，扩散火焰中含有过量未燃烧的燃料。这些燃料分子也要被加热，从而显著降低火焰的温度。在大多数情况下，扩散火焰中含有过量的燃料，这是人们的常识。因而要向篝火或火炉内鼓风，增加氧与燃料的比率，以节省燃料和提高火焰的温度。房屋着火通常也是这种富燃料的扩散火焰。在防火手册等资料中，根据经验规定出的住宅起火温度，一般在５００℃到６５０℃的范围内。↑↑↑ ↑

↑↑从世贸中心大厦起火的现场可以看到有大量的滚滚黑烟冒出。烟雾中的炭黑是碳氢化合物燃油燃烧不完全的产物，表明这场大火属于富燃料的扩散燃烧。在这样一个局部地区，一下子投入９万Ｌ的燃油，出现这样的不完全燃烧是可以想见的。另外的一些因素，诸如巨大的燃烧量以及炭黑的阻挡作用减少热幅射损失等等，则有助于火焰温度趋向于１０００℃这个最高值。总起来说大厦钢柱子的温度，很难被烧到７５０～８００℃以上，比钢的熔化温度低很多。许多报告中说大火把钢烧熔化了，这是不可能的，至少说是用词不当。↑↑↑ ↑

↑↑有人提出，飞机上的铝着火燃烧，从而产生极高的温度。但是，铝只有在特定的条件下才会着火，碳氢化合物的扩散火焰难以满足。此外，铝着火时会出现像放大型烟火那样的白帜火光，即使有浓烟也遮挡不住。然而，在世贸中心大厦的现场，却没有观察到这种迹象。↑↑↑(↑↑↑未完待续↑↑↑)↑↑↑↑