2001年9月11日，整个世界目睹了两架飞机撞向纽约世贸中心大楼的恐怖场景。当时大学还没开学，我正在洛杉矶度假，并计划第二天就飞去纽约。我瘫坐着，看着新闻中双子塔在被袭击一小时后轰然倒塌，震惊不已。几天之后我直接回了伦敦，感到整个世界已经发生了改变。

作为一名工程师，我认为，这恐怖的一天发生的事情对于摩天大楼的设计和建造产生了深远的影响。了解造成大楼坍塌的结构问题后，我惊讶地发现，灾难不仅仅是飞机的撞击导致的，也归咎于随之产生的大火。令人叹为观止的摩天大楼在纽约比比皆是，但世贸中心的双子塔（1973年投入使用）则是城市里最具标志性的建筑。视觉上，两座塔造型非常简洁——鸟瞰平面是一个正方形，高110层。每一幢都有一个由钢柱构成的巨大核心筒。但保证大楼稳定的并不是这个钢架——而是像“乌龟壳”一样的外骨架。

垂直的柱子分布于正方形四边，间隔一米多，每一层以梁相连接。柱与梁共同组成了一个坚固的框架，与之前看到的“小黄瓜”的结构很相似，只不过框架是四边形而非三角形。梁和柱之间的衔接也很牢固。外框架保证建筑稳定，并抵御风力。

飞机撞上塔楼时，外骨架被撞开了巨大的口子，破坏了很多柱子和梁架。实际上工程师对于可能发生的飞机撞击已有规划。他们模拟了一架波音707飞机（大楼建造时最大的民用飞机机型）撞上大楼会发生什么情况，并对设计做出了相应调整。

梁和柱的连接处增加了额外的强度，即使一部分结构被破坏，重量也能找到其他的支撑：它们会绕过破坏的部位往下传导（应用的是工程师从罗南角公寓学到的防止非比例破坏的原理，图 3.3）。

撞击双子塔的飞机并不是三十年前工程师设想的波音707，而是更大的波音767，携带的航空燃料也更多。撞击发生后燃料起火，飞机部件、办公桌和建筑里其他可燃物迅速燃烧，让钢柱温度变得非常高。钢在高温下的性能非常差：构成物质的微小粒子会变得非常活跃而加速运动，在常态下粒子间坚固的连接在高温下就变得脆弱。连接变弱意味着金属变软，因此高温下的钢比低温下的钢要脆弱，能够承受的力也小很多。

9月11日这天，撞击洞周围的柱子承受着比平时更大的力，因为它们不仅要支撑自己的重量，还要分担一旁被撞毁的柱子原本承受的重量。钢柱和楼板梁架原本都涂了一层由矿物纤维制成的特殊涂料，用以隔绝大火产生的高温，防止钢筋温度过高。但飞机的撞击和抛射而出的碎片将保护涂料刮开，暴露了大面积的钢筋，使大楼外壳一圈的柱子温度升得更高。

构成核心筒的钢柱温度也高得不同寻常。核心筒由两层石膏板（两层厚纸板夹着一层石膏制成）与建筑其他部分隔离。设想的是办公区域的火灾无法穿透这层板到达核心筒，人们就可以通过这一片安全区到达楼梯逃生。但现在石膏板被破坏，导致核心筒的柱子受到影响，设计的逃生通道也暴露出来。

核心筒越来越脆弱，当温度达到约1000摄氏度时，它们无法承受重量而断裂。

最后柱子全面坍塌，使得其支撑的上部结构屈服于重力。柱子上的楼板往下掉，掉落产生的力又造成进一步坍塌。一个接一个，就像坎宁镇悲剧中的多米诺效应，但规模更大、更令人震惊——所有的楼层都塌陷了，塔楼整个坍塌。

防火措施——涂料和石膏板——与大火的规模和强度相比根本不值一提。从那一天开始，摩天大楼的设计就发生了改变。现在我们要确保逃生通道得到更好的保护。最简单的方式是用混凝土而非钢来建造核心，如此，将大火与安全区隔离的就不是脆弱的石膏板，而是实心而坚固的混凝土墙。

混凝土并不是很好的导热材料：它很难传递热量，这意味着需要很久才能使混凝土升温。但是为了使其更坚固，我们需要在混凝土中加入钢筯。钢是极好的导热材料，这就给工程师提出了一个难题。在大火中，钢筋温度会升高，并很快在整个材料中传导，而其周围的混凝土温度则提升得很缓慢。

高温的钢比温度较低的混凝土膨胀得更多，导致混凝土的外表面产生裂缝而崩开。这与往厚玻璃杯里倒热水，杯子会破裂是一个道理。内层玻璃温度升高而膨胀，但外层依然保持低温。与混凝土一样，玻璃也不是很好的导热材料。随着内层膨胀，挤压温度更低的外层，杯子最终就会破裂。

通过实验和检测，我们能够知道通过混凝土将热量传导至钢筋，以及钢筋升温导致混凝土裂开需要多长时间。这样我们就可以将钢筋埋得更深，保证在混凝土外层开裂之前大火就可以被扑灭。这也为人们通过混凝土核心筒中的通道逃生赢得了时间，消防员可以在这段时间里控制火势，保证结构不坍塌。

建筑越高越大，逃生所需的时间就越长，钢筋就需要在混凝土里埋得越深。只需几厘米就可以产生巨大的差别。

混凝土核心筒因而起到了两个作用：保证建筑在风力作用下保持稳定，同时也构成了建筑里安全的逃生通道。今天，即使用外框架结构来抵抗风力（即不需要中央核心筒），也通常会设置混凝土墙保护逃生通道。

保护钢柱梁不受大火侵蚀的技术也大大提高：今天的防火板和防火油漆（会在温度升高时膨胀，将金属包裹隔绝）比之前的性能更强。它们能够防止钢材料过快升温，使其保持稳定。

对工程学来说，从灾难中学习十分重要：工程师的工作之一就是不断提高，努力建造出比之前更好、更坚固、更安全的建筑。正是由于这些教训，我们现在才会预估柱子被破坏的情况，并事先做好检验，保证建筑不倒。孟买证券交易所大楼就是这样建造的，因此即使紧邻爆炸点的结构被严重毁坏，它所承担的重量也能找到其他的支撑点。

被破坏的建筑结构由于与其他结构相连而保持稳定，所以——不像罗南角——上层的楼板不会塌落。埋在混凝土墙和混凝土柱中的钢筋也经受住了爆炸后熊熊大火的考验。

正是由于工程师们从历史中吸取经验，并创造新的方式对不可预料的事件进行设计，我的父亲才在那一天死里逃生。

——节选自《建造》

原标题：《911事件对摩天大楼的设计和建造产生了哪些深远影响？》

阅读原文