主题：【讨论】钢铁结构摩天大楼能被烧塌吗？（有更新） -- 唵啊吽
家园 今天看了午间的专题 张召忠说大厦本来是有防火层的，但是剧烈碰撞下碎裂了，航空燃料顺着钢筋流到了底层，引起大火，尽管钢筋本身有刚性，但在长期高温下变软，加上高层的重量压缩，两个因素叠加导致了倒塌。
家园 明确的说钢结构会被烧塌 钢的屈服应力极限是和温度有很大关系的，200度以下对屈服极限影响不大，200度以上则会开始下降，到600度估计屈服极限就到常温时的一半以下了。。这是很严重的问题，钢结构在高层建筑立面一般是重要的承力构件，常温时屈服极限很高，没事。高温下，屈服极限急剧下降，那么就很可能所承受的力超过屈服极限，这样就倒塌了。
世贸大厦倒塌的主要原因就是飞机里面的大量燃油，这些燃油量很大，燃烧热值很高，估计烧的那一块钢结构温度都可能上千度，这时候钢材估计也就跟面条差不多了。。所以，烧塌的结论是没问题的
家园 如果因为温度升高导致强度下降应该有一个渐进失稳倾斜的过程 当构件受到垂直于自己的主轴的压力的时候，当压力大到一定程度，将会发生失稳---首先是由欧拉进行分析得到的。
钢结构受到大火的灼烧，屈服强度下降必然的导致失稳，失稳发生了，将发生倾斜，而这样的过程显然是需要一个时间的演变的，即渐进的慢慢的倾斜，知道最后斜着塌下来
当时我看电视画面的时候，看到大楼突然间的迅速的粉碎----钢结构的非承力构件怎么可能粉碎呢，大楼垂直性的突然的整体的倒塌而不是倾斜着的慢慢的倒下，当时就觉得非常的可疑。
另外大火灼烧造成的几百度的高温可以使得钢结构本身的屈服强度下降多少个百分点？---我们知道钢结构在设计的时候，肯定是留了强度余量的---暂时没有数据，对这点也是存疑的，难道700度的高温就可以使得钢结构的强度下降到其设计裕度的倒数---假定其设计裕度为2，难道700度的高温就使得其屈服强度下降了一半？
家园 失稳是对的，但是是可能很迅速的，因为温度会太高 这个大量航空燃油，热值很高，直接燃烧时，火焰烧到的地方轻轻松松可以上800度。如果燃油直接烧到承力钢构件，钢构件保护也破坏了，这时候钢构件温度会急速上升，钢结构的力学性能衰减是指数的，到高温时，衰减很快。800度时，估计要下降到常温时的二成以下了，1000度时，估计软绵绵了吧。并且911中，承力构件可能是不对称单侧受火，这时对钢构件的破坏会更严重。
家园 我觉得温度太高的说法不太靠谱 可以看见的黑色浓烟，那是碳颗粒，是燃烧不完全的现象。即汽油中的氢与氧气结合成水了，而没有足够氧气反应生成二氧化碳或者一氧化碳。这种火焰，氧气在外，火焰外边温度高，而内部由于缺氧化学反应不激烈，反而温度较低。即首先应该是大楼的铝合金先融化，才到内部钢结构软化。铝合金溶点要比钢低，而火焰外边温度高，内部温度低。
所以内燃机要把汽油雾化和空气混合好以后才点火。
家园 觉得温度低是不一定是正确的感觉 黑色颗粒是正常的，煤油直接点着本来就会黑烟滚滚。因为煤油的分子量还有点大，在开放空间扩散燃烧本身就会燃烧不完全。如果在现场完全看不到黑烟，那才不正常。但是认为黑烟滚滚就温度不高是错误的了，就这黑烟滚滚的航空煤油，火焰的温度上800度也是轻轻松松的。觉得冒黑烟就温度低只是感觉的。
另外你说氧气在外，那内部没有氧气？这是不对的，大楼里面不是实心，不是真空，是要住人的，里面本来就有空气，并且世贸大厦空间很大，里面空气量很多，得烧多久才能把氧气烧完啊。如果燃烧的空气都要从外面补入，估计建筑内火灾都烧不起来了。
只要是燃烧在发生，放热就会发生，按氧耗法，每燃烧1kg的氧气，可以产生13100kj的热量，这个是和有没有黑烟没有关系的。不说从外面补进得空气，估算一下世贸大厦里部的氧气也足够产生巨大的热量。温度是热量产生以及热量损失的综合结果，在大楼内部反而热量不易散发出去，易造成高温。
家园 这个黑烟跟煤油在空气里燃烧产生的不太一样 如果你点过煤油灯，应该有印象。
这么大面积同时燃烧，空气不足是肯定的。整栋大楼里的空气流动性没有那么充分。燃烧产生的大量二氧化碳和水蒸气本身就制约了进一步燃烧。
你说的氧耗法只是测量产热值，跟实际情况差很多。产生热量是一回事，这个热量到哪里去是另一回事。反应生成的水和二氧化碳可以带走很大一部分热量，空气中的氮气等成分也可以带走一部分热量。物质在纯氧和空气燃烧温度的差异就是这么产生的。
航空煤油露天燃烧的温度是315度，燃烧的最高温度是980度，火焰的温度上800度没那么轻松。
家园 你想说什么不一样？我想说温度不会低 维基说什么你都信啊？航空煤油露天燃烧温度是315度，他说的是什么的温度都没说清楚！！！！你认为火焰温度可能只有315度吗？稍微思考一下行不？花生油，菜籽油的沸点都有335度，拜托，这样的燃料连油锅都烧不开了。
你说燃烧的最高温度是980度，你对燃烧有了解吗？燃烧的温度？什么叫燃烧的温度？我不懂，我只知道，燃烧温度和很多因素有关，气压，氧含量，燃料类型。如果你是从百度或哪里查的，不清楚去查很值得认可，但是拜托查清楚，查全些。半拉子写出来是来忽悠不懂的人的。对不同燃料有一个称呼叫绝热火焰温度，就是考虑你所说的空气中氮气啊，燃烧产物本身要带走的热量之后火焰能达到的最高温度。我来告诉你一些燃料的火焰绝热温度（氧化剂为空气,压力为一个大气压）：乙炔：2600K;一氧化碳：2400K；正庚烷：2290K；看看，比你说的900度高多少，这里的正庚烷和汽油接近。当然，这个是计算值，是说前述条件下，火焰能达到的最高温度，超过这个是不可能的。实际火焰温度要比这个低，但也不会打半折。且这个值是和燃料有关系的，你一刀切说燃烧最高温度是980度，是多么肤浅的结论。
你举煤油灯的例子想说明什么呢？我点过煤油灯，但是我不知道你这里想说明啥。
至于你说的二氧化碳和水蒸气制约燃烧，他们是怎么制约，机制在哪里？他们阻止燃烧化学反应的发生，或者降低活化能，或者影响反应平衡？他们的制约作用影响能有多大？如果去讨论这些，需要写一篇论文了。所有问题都去抓这些细枝末节，去把所有可能的影响因素去说明白，那完了，得不到结论了，除非相同情况再来一次，然后在里面布置很多热电偶，全部实验测量一次。那世界什么都是不确定的。幸好不是这样的，因为我们可以去抓主要影响因素。
这里的空气不足可能是一个主要影响因素，但是要说明什么叫空气不足？因为航空煤油分子量比较大，对航空煤油这种扩散燃烧，在燃烧面，燃烧耗氧较多。氧气扩散速度跟不上，燃烧本身就是在氧气不足的情况下发生的，外界的空气量再多都没有用。而只要燃烧能够进行，就会按氧耗法放热，从氧耗法可以看出，很少的氧气可以放出大量的热，而在火焰面周围，因为化学反应速度很快，这些热量是瞬间放出来，热量来不及及时散失，周围就会有高温。在缺氧反应(包含开放空间空气充足的情况)下，其实相同量的燃烧氧气产生的热量是基本不变的，变的是燃烧产物，燃烧产物量增多，会使绝热火焰温度的计算值有所降低，但不会降太多。可以说，很多对火焰温度的直接测量值本身就是在氧气不足的情况下得到的，所以确实会比绝热火焰温度要低很多。
而我说的800度就是很多人的实际测量值。对这个你不要去看维基，写维基的很多人也不一定是专业的，连露天燃烧温度都可以写为315度的人，我看着就笑了。而要专业的，可以去查点文献去，很多文献里面会有说明，我这里都不想多说。考虑到火焰辐射等其他影响，其实火焰直接烧到的地方温度估为800度还是一个偏保守的估计。
关键词(Tags): #火灾 温度 911，家园 拍砖请拿出证据 你要么认认真真去做实验验证，要么好好去翻书，然后给出数据进行反驳。凭感觉来讨论科学问题是大忌。
物质的燃烧温度影响因素很多。物质组成不同、助燃气体成分不同、燃料和助燃气体的比例、混合方式、接触面积、有无催化剂、燃烧环境的不同可以造成实际燃烧温度的极大的差异。这个实际温度取决于燃烧速率和燃烧的完全程度。这个不难理解吧。如果你能理解这个，你就可以理解为什么这个差异会那么大。至于这个航空煤油的露天燃烧温度(open air buring temperature)和最高燃烧温度（maxium burning temperature），这是燃油生产企业按照测定规范测定的数值。我的数据出处不是wiki。这个航空煤油的最高燃烧温度你不能顾名思义，想当然地认为是绝对燃烧温度，这是特定条件下测定的结果，和燃烧动力学息息相关，和你说的绝对燃烧温度在测定方法上也截然不同。你那个根本不考虑燃烧速率，而这对于实际情况下的燃烧温度影响很大。引用这些数据的目的，在于纠正一些人的习惯性思维方式。他们觉得着火了，温度达到1、2000度很轻松。他们对温度没有多少概念。对人来讲，100度感觉上已经是烫得很了。火么，那自然是温度高得了不得，总有个1、2千度吧。然而，感觉不能代表理性，也不一定是事实。
不过，作为科普，我要说得全面一些。我要特别指出的一点是，航空煤油的最高燃烧温度的测定是有条件的，而并不是说实际燃烧环境中不可能超出这个温度。作为测定规范，对于测定有着严格的规定。实际燃烧环境中，燃料与空气的接触面积、空气的流速、空气中含氧量、燃料的起始温度等，这些因素可以改变实际上燃烧可以达到的温度，会有一些差异。与空气接触面积大，燃烧速率快，可以加分。空气中含氧量少，燃烧不充分，造成燃烧物分解、碳化，这是吸热过程，而且碳化会严重阻碍燃烧，燃烧速率会大大降低，这是一个很重要的减分因素。提高物质的温度，燃烧会加快，这大家都能理解。真实的燃烧温度是很难估计的。你拿乙炔、一氧化碳、正庚烷的火焰绝对温度来批驳航空煤油的最高燃烧温度，这根本不是一回事。一个是测定方法迥异，这个前面已经说了；产物也可能不一样，乙炔正常燃烧是要冒黑烟的，会生成碳、CO、CO2和水，还有其它氧化产物，而你的绝热燃烧是彻底生成二氧化碳和水，这里面放热量差的不是一点半点，你应该是学过反应热的计算的；另外，实际燃烧过程中，燃烧动力学对燃烧温度起着至关重要的作用，比热值本身还要重要；还有一个是物质迥异。一氧化碳和正庚烷在空气中燃烧相对比较充分，而乙炔、航空煤油就会有冒烟。它们的燃烧有着本质的不同。有灯用煤油，但不会有灯用汽油。乙炔正常燃烧连烧红钢板都很难，还冒烟，炔氧焰可以用来割钢板；酒精灯燃烧温度不高吧？用手就可以掐灭火焰，酒精喷灯呢？正庚烷跟汽油不是一码事。汽油成分复杂着呢，里面有芳烃和添加剂。至于煤油跟柴油、汽油的燃烧性能差异就更大了，根本不能通用。
我对双子塔燃烧温度的判定不是根据书本上的数据，而是对录像的观察分析。我为什么要举煤油灯的例子？煤油灯冒的浓烟和双子塔的浓烟两者在烟、焰比例上差别很大。双子塔的黑烟要浓重得多，这说明燃烧非常不充分。当然，也有一些加分因素。但是，那种情形下要达到1、2000度，是不太可能的。
至于你问
二氧化碳和水蒸气制约燃烧，他们是怎么制约，机制在哪里？他们阻止燃烧化学反应的发生，或者降低活化能，或者影响反应平衡？他们的制约作用影响能有多大？生成的二氧化碳和水蒸气的直接作用是降低了空气中氧气的浓度。学过反应动力学的都知道，这个对燃烧反应速率的影响。燃烧基本上是自由基反应，二氧化碳和水蒸气浓度过高，直接抑制自由基反应的进行。还有一个，反应速率的降低，带来燃烧温度的降低，加剧了焦化、碳化和其它不完全氧化等副反应，象碳化，对抑制燃烧有直接的作用。碳化是阻燃剂的一种作用机制。影响多大？最高是100%。
花生油，菜籽油的沸点都有335度，拜托，这样的燃料连油锅都烧不开了。至于你问我的花生油、菜籽油，你是拿来做菜的还是用来做燃料的？沸点高=燃烧性能好？没看明白。
燃烧是一个非常复杂的过程，我也只是知道一些皮毛。也可能有错。但比起大部分人来说，我想我知道得要多一些，也愿意去了解我所不知道的东西和真相。
最后，还是要谢谢你。回答了你的这些问题，至少可以帮助一些人厘清概念，了解我是怎么判断的，而不是想当然地认为乡间小径昏了头了，是一个只知道照书本念书、没有common sense、没有实际经验的书呆子。
现场的情况很复杂，燃烧本身很难解释坍塌过程，一栋楼坍塌，可以有不同的方式，即使你建模解释了其中的一种方式，这只是一种可能，更何况他们的模型是非常不完善的，真实情况可能是另一种方式。信誓旦旦地就断定楼就是这么塌的，不是做学问、做工程的人的应有的思维方式。
九一一的真相，也许就在那根废墟堆里垂直问天的、顶部呈45度角的柱子上（参见主贴8/19录像），还有7号楼的倒塌上，五角大楼的那个神秘的窟窿之中。细节是魔鬼。
本来并不想参与这个话题。无论真相如何，都不是令人愉快的事。这个话题对我来讲比较沉重，也可以预见一些人的反应，在他们心目中，九一一是不用质疑、不能质疑的，我只想说，这不是理性、科学、求实的态度。
我在这里只做学术探讨、不做动机分析。如果想知道动机，那就去看录像吧。----给楼主做个广告。
- 复 拍砖请拿出证据
家园 我觉得你真的对火的概念有问题 感觉不代表理性，说的很对，但也想把这句话送给你。我上面明确说的，火焰的燃烧温度是直接测量得到的，热电偶测量得到的。从来没提到感觉是多少度。
不知道你真了解火灾不?听说过McCaffrey羽流公式不，这个是火灾计算不同高度的温度的经典公式，由实验数据拟合而来，火焰区温度该公式给的就是800度。这还只是平均温度，不是最高温度。如果你没听说这个公式，最好去查查。如果还不信，给你个文献名，自己可以查查去：《烃类池火灾火焰温度分布》。一定要去看文献，不要想当然，隔行如隔山，讨论就是为了让自己进步，固执己见就是固步自封。
你对燃烧说这么多，没什么问题，这些我都知道，也提到了。您是学过物理化学的。但是我要强调一点，您说航空煤油露天燃烧温度是按照规范来测定，那么他是什么一个定义，测量的是什么位置的温度，是在火焰面？还是区域的平均温度。什么都没讲明就引用这个数据，只会闹笑话。我提绝热火焰温度是因为不懂你提的两个温度是什么意思。如果还想讨论，既然你说了都有测定规范，请给出定义。我也没认为你说的最高温度是绝热火焰温度。因为我对实验太了解，不了解实验条件谈实验结果是不负责任的。另外您认为绝热火焰温度是测量结果可能会贻笑大方。我在帖子里直接都说了是理论计算值。认为该绝热火焰温度和燃烧速率有关系的话则更不能乱讲。我在写几个燃料的绝热火焰温度时明确表明了两个条件：空气环境，一个大气压。在这个条件，那么计算值就是那么多。这个是没有学者说：在燃烧速率多少的条件下。如果您认为燃烧速率更快的话还有可能超过这个温度。那么估计地球人没法解释这个现象了。请理解一下绝热，绝热是指没有热量损失，是指所有的反应热量都用来加热生成产物时，能达到的最高温度。我写这么多的目的就是要纠正一些对火灾的想当然理解。他们连315度都可以想出来。您可知道着火后，不说火焰，直接烟气的温度都很容易到300度。火真的很危险，火成灾很恐怖。题外话，卖力的写了这么多，也是希望能够使河友了解一点火灾。另外我可没说过2000度。燃烧可能可以达到这个温度，火灾中可能性不大。
再一点，和液体燃料谈碳化阻燃，谈严重阻碍燃烧。这个概念有问题，这些是对固体燃料用的。不能对广大河友就这样科普啊。举酒精灯掐灭的例子来证明火焰温度低，更是不合适的，掐灭是因为你动作很快，这个时间内，能传导到你手上的热量极其有限。如果你不是掐灭，而是放在酒精外焰上烧个1分钟试试？举这个例子只能说明您对火的理解还需要加强。
我举花生油的例子是为了简单的说明，照您说的航空煤油在开放环境中燃烧温度是315度说的。如果是315度，您用这个作为燃料来炸东西，连油锅都烧不开，你认为这可能吗？烧柴，烧煤，烧树叶，只要能烧的，有连油锅都烧不开的吗？我就是想用一个生活例子来让你知道您引用的315度这里是不对的。结果您连没理解这个，也怪我说得含糊了点。
您对燃烧的化学说这么多，基础的都是教材中，有道理。但是我觉得在应用到火灾中有些地方用得不合适。另外，您可能没有直接有过燃烧或者火灾的实验经历，所以虽然理论基础知道一些，但结论是有问题的。
其实一开始回帖还是有些冲的，后来把言语改了一下。大家都是探讨，您很认真，也是花了时间去调研的，所以回复了这么多。后面心平气和的想想，这种讨论比那些空谈就下结论的要好很多，所以即使我觉得我是对的，也没必要冲。
对这个帖子回复这么多，是从里面看到很多人对火灾的了解还很匮乏，尤其是作为知识分子群体的西西河。这是很难理解的，火灾发生了很多情况下就是人员伤亡了。中国发生了多少触目惊心的大火。我觉得这个里面，缺乏对火灾的了解是一个重要原因，缺乏了解就会忽视他。中国经济现在高速发展，消防意识和消防配备还很落伍，后面二十年会是火灾的高发期。我写这么多，也希望能给火灾消防安全的宣传工作做点贡献吧。
911的阴谋论，后面的动机说什么的不想讨论太多，但是从我个人的角度来看，直接牺牲2000多人的生命去制造一个借口，没那个必要，如果是，那是人类的悲哀。算了，我不讨论这个。
只是讨论一下技术。直接911的烧塌是有可能的，很多人认为火不能烧塌一栋建筑是错误的。我自己正好对钢结构和火灾都有一定的了解，从我个人来看，无论从火灾的温度和钢构件的屈服都是有足够的理由解释得通的。国内现在兴起很多钢结构建筑，很多铁路车站和机场都是直接钢结构的。幸亏消防这一块还算卡的严，都采取了防火涂料等措施进行了保护。但是这一块阻力也很大，很多单位不愿意花这个钱，另外再日常管理中也不注意维护。行李，可燃物甚至有直接堆放在支撑钢柱旁边的。这些就是意识问题了，如果这个意识不提上去了，我怕国内迟早会出现这种悲剧，而这种场所也都是人员密集场所，一旦发生悲剧将会痛彻国人。这也是我写这么多文字的一个原因。
我也是新兵，慕抱朴仙人的大名来到河里，一直不富裕，以前都是靠借钱度日。幸亏碰到一个节日，弄了一点银子花花，不然都没钱回复了。在这里写这么多不是吃撑了，不是诡辩。但是要把火灾问题讲明白，讲透彻不是这几个帖子能行的，希望大家如果觉得我说得要道理，可以自己去学习一些火灾消防方面的知识，对自己绝对是有好处的。
家园 燃烧温度超一千度很容易 关键是钢材几百度就软了，结构强度急剧下降，楼能不倒吗？