11 сентября: вид на убийство

Строительство Всемирного торгового центра началось в 1966 году. Первым «выросло» здание № 1 – северная башня, в 1972 году. Год спустя было готово и здание № 2 – южная башня. Высота северной башни составляла 417 метров, южной – 415. Небоскребы-близнецы имели по 110 этажей. Здания № 1–6 ВТЦ занимали целый квартал южного Манхэттена, а 47-этажное здание № 7 ВТЦ располагалось в соседнем квартале, отделенное от основного комплекса улицей Везей-стрит (рис. 13).

Рис. 13. Схема расположения зданий Всемирного торгового центра

Запас прочности

Башни-близнецы были спроектированы и построены с колоссальным запасом прочности. Несущие конструкции «близнецов», изготовленные из стопроцентной стали, включали в себя центральный опорный каркас и стены периметра (рис. 14).

Рис. 14. Схема несущих конструкций «близнецов»

Центральный каркас (так называемое ядро) размером 42 х 24 метра проходил по всему зданию – от самого основания до крыши – и представлял собой систему из 47 стальных опор (колонн). Внутри этого ядра располагались лифты, лестницы и различные технические, подсобные и рабочие помещения. Каждая стальная опора, в свою очередь, имела коробчатое (прямоугольное) сечение до 85 этажа, и Н-сечение с 85-го этажа и выше. Размеры сечения варьировались от 90 х 30 см у внутренних опор ядра до 130x55 см у внешних. Толщина стальных сторон опор также различалась: на нижних этажах она достигала 100 мм, на верхних – всего 6 мм (рис. 15). Сегменты опор изготавливались в Японии по особой технологии из сверхпрочной стали, сертифицировались в США специальной лабораторией и по мере возведения небоскреба приваривались к уже установленным сегментам на месте.

Рис. 15. Сечение опоры центрального каркаса из средней части здания

Стены периметра представляли собой плотные решетчатые структуры, состоявшие из вертикальных колонн и горизонтальных перемычек (рис. 16 и 17). Они поставлялись сегментами из намертво сваренных трех опор и трех перемычек. Сами сегменты крепились друг к другу болтами. Еще один любопытный нюанс заключался в диагональной установке этих сегментов, что исключало присутствие стыков на одном горизонтальном уровне у двух или более соседних сегментов. Этим достигалась большая прочность стен периметра, без прямых линий излома.

Рис. 16. Сегменты опор периметра

Рис. 17. Так это выглядело в реальной жизни

Каждая стена здания насчитывала 59 таких опор, и еще по одной опоре приходилось на каждый из «скошенных» углов башни. Таким образом, весь периметр состоял из 240 несущих опор. Как и в случае с опорами центрального каркаса, размер сечения с высотой уменьшался – от 70 мм в нижней части здания до 6 мм в верхней его части. Со всех сторон конструкции периметра покрывались огнеупорным материалом, а фасады отделывались алюминием. Опоры ядра также имели огнестойкий защитный слой.

Центральный каркас соединялся с периметром целой «паутиной» конструкций, к которым крепились рифленые стальные платформы. В эти платформы заливался специальный облегченный бетон, толщина слоя которого составляла 10 см. Но эта составная бетонная плита не просто покоилась на платформе, она была жестко к ней привязана за счет анкеров верхнего пояса перекрытия, проходящих внутрь плиты и служащих соединителями, обеспечивающими совместную «работу» бетона и стали. На рис. 18 показана рифленая платформа и штыри (анкеры), с помощью которых осуществлялась прочная связь составной бетонной плиты с металлоконструкцией. Вся эта структура служила перекрытием между этажами, на которых находились офисные помещения (рис. 19).

Рис. 18. Рифленые платформы готовы к заливке бетона

Рис. 19. План типового этажа башни ВТЦ

На центральный каркас ложилась основная нагрузка от веса здания. Периметр тоже частично выполнял эту функцию, однако главной его задачей было принимать на себя ветровую нагрузку, которая является очень серьезным фактором для любого высотного здания. «Близнецы» были спроектированы с таким расчетом, чтобы выдержать ураганный ветер до 220 км/ч, который означает поперечную нагрузку на здание приблизительно в 6000 тонн. В случае ветра всегда имеет место некоторое отклонение (прогиб) здания под его воздействием, несмотря на прочность несущих конструкций, и чем сильнее ветер, тем сильнее будет этот прогиб.

Главный инженер-проектировщик Всемирного торгового центра Лесли Робертсон (Leslie E. Robertson) рассказал, что во время одного из ураганов ветер силой в 150 км/ч (почти 42 метра в секунду) привел к статическому прогибу здания на 114 см, за которым последовали колебания вокруг оси отклонения еще на 84 см в каждом направлении с периодичностью в 11 секунд. Таким образом, порыв ветра в 150 км/ч вызвал почти двухметровое отклонение здания от вертикальной оси.