Il collasso delle Torri Gemelle del WTC: oscurato da un solo … · 2009-07-14 · •1 Il collasso delle Torri Gemelle del WTC: Analisi e riflesioni sul Progetto Università degli

•1

Il collasso delle Torri Gemelle del WTC:Analisi e riflesioni sul Progetto

Università degli Studi di Napoli “Federico II”Facoltà di Ingegneria

Prof. Antonello De Luca

Salerno, 10 maggio 2008

STESSA 2003: “The collapse of the WTC twin towers: preliminary analysis of the originaldesign approach” di A. De Luca, F. Di Fiore, E. Mele, A. Romano

Il grattacielo e’ certamente un’invenzione americana come la buick e l’hamburger: e come la buicke l’hamburger all’inizio e’ stato sempre visto dal resto del mondo con un misto di ammirazione e di diffidenza.

E’ stato il simbolo della modernita’, oscurato da un solo difetto: veniva percepito come espressione di una certa volgarita’, ma le sue forme in compenso furono imitate pedissequamente in tutto il mondo.

Mario Panizza

Sull’estetica dell’altezza

From the structural point of view, the WTC towers featured severalinnovations at the time of theirdesign/construction Robertson, 2002

Since 1964 the Towers were definedas a major milestone in structuralsteel design

Rapp, 1964

• structural typology (framed tube and top outrigger trusses)

• horizontal and vertical stiffness requirements

• some design load conditions which exceeded the minimum code provisions

The WTC towers were highly redundant structure and had significant overstrength, as a result of the:

The ratio underlying such a design approach was: “This reserve strength can be drawn upon shouldthe structure sufer severe damage for any reason “ Rapp, 1964

What about fire ??

Interaction between fire and structure strength ??

•2

The towers were the first high-rise buildings to use the concept of tube as lateral load resistant system: the tube, working as a 3D system utilizes the entire building perimeter to resist wind loads while the central core only carries gravity loads.

The high efficiency of the FT System, the use of viscoelastic dampers, the optimized employment of 12 Steel grades allowed to reduce by40% weight of the structure up to 1.77kN/m2

First Skyscraper (with load carrying framing)

The Home Insurance Building, Chicago

Completion: 1885 (Demolished 1931)

Height: 138 feet (180ft in 1891)

Stories: 10 (in 1885)+2 (in 1891)

Load Bearing Material: Steel

Facing Material: Brick

Structural Engineer:

William LeBaron Jenney(1832-1907)

Photo: Library of Congress. Courtesy of the Frances Loeb Library, Graduate School of Design, Harvard University

Q. How and where did the skyscrapers start?A. In Chicago, 1880’s

Source of data: Tall Building Structures, Analysis and Design, by Bryan Stafford Smith and Alex Coull, John Wiley & Sons

Major Developments:

1. Steel

2. Electric Elevator

Num

ber o

f Sto

ries 100

80

60

40

20

01850 18901870 19301910

Otis’s Elevator

Steel Rolled

New York Era

ChicagoSchoolWrought

Ironand Cast Iron Era

Elec.Elev.

Year

Chrisler Building

Icona dello skyline NewYorkese

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First applications in high rise buildings

Separation of load resistingsystems:

Vertical (gravity) loads and Horizontal (wind ad seismic) loads

Empire State Building

The use of semirigid connections

Type 2 Design

Connections are smart enough toknow what to take

Empire State Building, New York, 1931Riveted steel braced frame

Credit: 100 World’s Tall Buildings

Completed in about a year with unprecedented speed of construction of sometimes one floor per day which is not broken yet!

Framed Tube: dalla Sears alle Petronas

•4

Framed Tube Controventato: dal John Hancock alla Bank of ChinaHong Kong Shangai Bank:

The use of MegaFrames

LA STRUTTURA DELLE TWIN TOWERS

L’evoluzione strutturale


L’evoluzione strutturale

•5


Le prove in galleria del vento

Framed Tube: the solution for high rise buildings after Twin Towers

Millennium TowerImagine a skyscraper almost twice the size of the Empire State Building. This colossus would be a city within a city, hosting its own hospitals, schools, and a range of entertainment and retail options large enough to attract and keep the traffic necessary for the financial success of such an endeavor. Stats:Height: 2,755 feet, 170 storiesResident Population: 52,000Elevator Traffic: 100,000 people per dayLocation: Hong Kong HarborConstruction Duration: Approximately 10 yearsCost: $10 billion David Nelson is chief architect of Millennium Tower with the firm Foster and Partners, based in London, England.

•6

Scope of presentation:Design Life and robustness•Evaluate safety levels

•Evaluate capacity to undergo exceptional loadings

•Evaluate fire design: egression and fire resistance

Sommario• Aspetti innovativi nella costruzione• Eventi dell’11 settembre 2001• La struttura delle Torri• Questioni poste / competenze• Attività di studio, ricerca, indagine• Modellazione strutturale ed analisi numeriche• Il progetto al fuoco• Conclusioni

Considerazioni ed Analisi sul Crollo delle Torri Gemelle

Architectural and Structural Aspects of WTC: egression and elevators

44

78

110

62.80 m

62.80 m

Assembled Units

4 or 6 Bolts in Each Splice

End Plates

Exterior Column Splices

Construction Using Pre-fabricated Units

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Floor Systems

Credit: PANYNJ

Schematic Typical Framing Plan

Wind Effects on WTCWind tunnel tests were conducted and 3M dampers were developed and tested to reduce wind induced vibrations and accelerations.

Wind Tunnel Test Models of WTC

L’ impatto

EVENTI : 11 Settembre 2001

I dati dell’attacco

11 SETTEMBRE 2001

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11 SETTEMBRE 2001 The 1993 Attacks

Credit: Engineering News Record

Engineering News Record

3-D Plane Hit Areas and Casualties Framing Plan and Entry of Planes

Stairs

•9

Angolo d’impatto: WTC1 e WTC2


(Graphics by Weidlinger Associates Inc.)

External and Internal Columns as well as floors were damaged in 3 floors

Plane Impacting the Structure

Plane Impacting the Structure

External and Internal Columns as well as floors were damaged in 3 stories


Ensuing Fires

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Buckling of Columns due to Long Unbraced Length and High Temperatures

Danneggiamento conseguente all’impatto: WTC1


11 SETTEMBRE 2001

L’incendio Danneggiamento conseguente all’impatto: WTC1


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La sopravvivenza delle Torri dopo l’impatto

EVENTI : 11 Settembre 2001 EVENTI : 11 Settembre 2001

Il fuoco

Effects of Fire on Structural Steel and Concrete

Source: U.S. Steel Publications and Structural Design for Fire Safety by A. H. Buchanon

0 400 800 1200 1600 2000

Stre

ngt h

at H

ighe

r Tem

per a

ture 1.0

0.2

0.8

0.4

0.6

0

Temperature

SteelNormal Weight Concrete

Light Weight Concrete

Stre

ngt h

at R

oom

Tem

pera

ture

oFoCoC

WTC

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The Fire design and egression

Credit:PANYNJ

Towers had large column-free areas, the outside closely spaced columns formed a tube with closely spaced columns being relatively light.

Credit:PANYNJ

63 m

63 m

Compartments in Structural Tube System and framing systems:

Credit: 100 World’s Tall Buildings

(tube system)

Traditional Structural Framing SystemResistance to impact of columns

Water Tower Place, Chicago

The Tube System: largely spaced columnsOne Liberty Plaza

Source: 100 World’s Tall Buildings

•13

96th Floor Plan EVENTI : 11 Settembre 2001

Il fuoco

1. Expansion of floor slabs and framingresults in outward deflection of columns and potential overload

2. Buckling of columns initiated byfailure of floor framing and connections

3. Catenary action of floor framing on several floors initiates columnbuckling failures


Il collasso delle Torri: WTC2


•14

Il collasso delle Torri: WTC1


The damaged floor collapsed dropping top portion on the lower part collapsing the entire structure

Final Collapse Due to Gravity

WTC site

EVENTI : 11 Settembre 2001 Here are some examples of our field findings.

Studies of World Trade Center, Principal Investigator: A. Astaneh-Asl , University of California, BerkeleySponsor: National Science Foundation

Photo: A. Astaneh-Asl Photo: HNSE

Photo by W. Farrington for A. Astaneh’s NSF ReportPhoto by A. Astaneh-Asl

•15

The WTC towers were highly redundant structure and had significant overstrength

The ratio underlying such a design approach was: “This reserve strength can be drawn upon shouldthe structure sufer severe damage for any reason “ Rapp, 1964

Is this overstrength sufficient to overcome unesuful(redundant columns) in absence of wind ?

La struttura delle Torri• Il progetto architettonico• La tipologia strutturale: Tubo intelaiato:

struttura perimetrale e nucleo interno; struttura reticolare spaziale (outrigger truss) in sommità

• Sistema di prefabbricazione “column tree”• I tipi di acciaio e la loro ottimizzazione nella

struttura• Il sistema strutturale di impalcato• Azioni di vento e prove in galleria del vento• Il sistema di smorzamanto delle vibrazioni

Considerazioni ed Analisi sul Crollo delle Torri Gemelle

110 piani fuori terra + 7 piani interrati417 m altezza (fuori terra)3.66 m interpiano tipico63.1 x 63.1 m in pianta, con angoli smussati per 2.1 m3464 mq di superficie utile per pianonucleo rettangolare 26.5x41.8 mH/B = 6.8Peso impalcato 0.5 kN/mqpeso acciaio strutture principali 1.77 kN/mq

La struttura delle Torri

Dati principali


59 pilastri perimetrali per lato ad interasse 1016 mm (+ a pianialternati 1 pilastro al centro dei 4 angoli smussati), collegati da travi (sprandel beams) di lunghezza 70 cm ed altezza 1312 mm

La struttura perimetrale

•16


Pilastri perimetro a sezione scatolare di dimensioni esterne costanti 356x356 mm, costituite da 4 piatti saldati di spessori

differenti fra loro e variabili lungo l’altezza, tra 6.35 e 101.6 mm.

La struttura perimetrale: scarsa protezione interna ?


Pilastri perimetro a sezione scatolare di dimensioni esterne costanti 356x356 mm, costituite da 4 piatti saldati di spessori

differenti fra loro e variabili lungo l’altezza, tra 6.35 e 101.6 mm.

•Liv. 60

•Liv. 70

•Liv. 80

•Liv. 90

•Liv. 100

•Liv. 110

•Liv. 0

•Liv. 10

•Liv. 20

•Liv. 30

•Liv. 40

•Liv. 50

La struttura perimetrale


Comportamento struttura a tubo


modulo tipico alto 3 piani costituito da 3 pilastri collegati da travi; collegamenti tra moduli: giunto flangiato con bulloni ad alta resistenza A325 e A490, configurazione e resistenza dei collegamenti variabile

lungo l’altezza, con 4 bulloni ai piani alti e 6 ai piani inferiori.

La struttura perimetrale: i moduli prefabbricati

COL. 1 COL. 2 COL. 3

•17

giunto flangiato con bulloni ad alta resistenza A325 e A490,

configurazione e resistenza dei collegamenti variabile lungo

l’altezza, con 4 bulloni ai piani alti e 6 ai piani inferiori.

La struttura perimetrale: giunzioni fra i moduli


La struttura delle Torri La struttura delle Torri

Ottimizzazione dell’impiego di 12 tipi di acciaio

various grades of high-strength steel with minimum specified yield stress between 50 and 100 ksi


Nucleo rettangolare 26.5 x 41.8 m, con 47 pilastri di sezione diversaLivello 1-84: sezioni scatolari saldateLivello 85-110: sezioni a doppio T laminate o saldateacciaio A36 (fy=248 MPa) – solo carichi gravitazionali


Dal 106° al 110° piano, sistema di controventature spaziali esteso tra il perimetro e le colonne interne, costituito da 10 allineamenti di strutture reticolari piane, di cui 6 lungo la direzione maggiore e 4 lungo la direzione minore del nucleo.

•18


Il sistema strutturale di impalcato

Solai a grigliato, con due sistemi di travature reticolari (principali e secondarie) ortogonali fra loro, semplicemente appoggiate alle estremità, con collegamenti bullonati ai pilastri al livello dei correnti superiori; soletta di cls alleggerito (spessore 102 mm nel tubo e 127 mm nel nucleo) sostenuta da lamiera grecata.


Il sistema strutturale di impalcato

Peso proprio solaio: 0.50 kN/m2

carichi permanenti + accidentali 4.8–4.9 kN/m2

Transverse Trusses

Credit: PANYNJ

Credit:Arch Record

Channel SupportInterior Columns

2L Bottom Chord

25mm Dia. BarDiagonals

2Ls Top ChordFloor Beam

Cover PlateIn Some SpansLight Weight Concrete

on Steel Deck

Seat Angle

Viscous-elasticDampers

Longitudinal Truss Joists

Shear Connector

Lightweight Concrete

#4 (12mm) dia rebar

#4 (12mm) dia rebar

Transverse TrussesLongitudinal

Trusses

Ref: A. Astaneh’s Report to NSF


Le prove in galleria del vento

A.G. Davenport: estesa indagine per determinare le azioni da vento.Misurazioni della turbolenza del vento in sito confrontate con i dati ottenuti in galleria del ventoInflessioni: componente statica e dinamica dell’azione da vento.

•19

Smorzatori: 10.000 in tutto l’edificio

L’inserimento degli smorzatori (utilizzati per la prima volta) ha consentito di ridurre lo spostamento da vento da circa 200 cm a circa 100 cm.L’edificio ancora nel 2000 era l’edificio alto con minori vibrazioni da vento in New York (accelerazione al piano pari a 0.5 % g contro valori che arrivano anche a 2 % g).

Scope of presentation:Design Life and robustness•Evaluate safety levels

•Evaluate capacity to undergo exceptional loadings

•Evaluate fire design: egression and fire resistance

Il collasso delle Torri Gemelle del WTC:riflessioni sui criteri di progettazione, sugli aspetti della sicurezza strutturale e sul progetto al fuoco

• Arrotondare gli spigoli ed il coronamento ed allineare alla direzione del vento

• Controllare le oscillazioni indotte dal vento prevedendo stabilizzatori

• Sezionare la massa dell’edificio per far penetrare lame di luce in profondita’

• Anche l’aria puo’ essere convogliata in modo che gli utenti possano respirare in modo naturale

Come si progetta un grattacieloChris Wise, Domus, Agosto 2001

ovviamente non ha senso costruire goffi grattacieli rettangolari sempre piu’alti in un ambiente dominato dal vento …. sarebbe come paragonare una FordT ad una Ferrari …. L’automobile e’ nata come traduzione letterale di una forma tecnologica obsoleta (la carrozza a cavalli) prima di evolversi in nuove forme come la carrozeria portante

•20

Criteri di progetto di edifici alti

… sarebbe una prospettiva orrenda, illogica, una fortezza dotata di un’unica entrata e di un’unica uscita….. Chris WISE

AGOSTO 2001 !!

Un grattacielo come questo potrebbe essere semplicemente l’ingrandimento dei consueti grattacieli rettangolari di oggi, ma ….

• Quale era la vita attesa di questa grande opera ?

• Era destinata forse ad essere sostituita dopo un certo periodo, differentemente da quanto, probabilmente, previsto dai costruttori romani e, certamente da quelli egiziani?

• E, quindi, quali erano le azioni attese ?

• Quali coefficienti di sicurezza sono stati adottati per questa costruzione, il cui crollo avrebbe determinato una enorme perdita in termini di viteumane,rispetto ad una costruzione tradizionale ?

• Era una traduzione della “carrozza a cavalli” ?

• Dove erano gli studiosi ?

Elio Giangreco – Ingegneria delle StruttureAntonello De Luca: Le tipologie strutturali…. L’intensita’ di una azione esterna e’ proporzionale al periodo di osservazione e tale periodo di osservazione e’ tanto piu’ lungo quanto piu’lunga e’ la vita attesa della costruzione. Sorgono quindi alcuni interrogativi:

Elio Giangreco – Ingegneria delle StruttureAntonello De Luca: Le tipologie strutturali

…. A questi interrogativi daranno risposta gli studiosi che stanno analizzando il problema. Si puo’ forse somessamente ipotizzare che nella societa’ dei consumi non viene dato un grande valore all’eternita’ della costruzione, come avveniva nel passato, poiche’ oggi gli aspetti economici prevalgono spesso sulle esigenze dei progettisti.

Questions

Can the structure really take advantage from its extra strengthwithout a particular attention to ductility ?

Robustness cannot simply be overstrength and redundancy, butalso ductility necessarily must be considered in the design expecially for structural details like connections

For this aim, the scientific, technical and field-exeriencekowledge developed in the last decades in the seismic design of structures can be a valuable contribution:In fact a major issue of seismic design is “special detailing” whih increases structural ductility and toughness, thus reducingthe possibilities of progressive collapse at occurrence of severe earthquakes.

•21

IL PROGETTO ORIGINALE IL PROGETTO ORIGINALE

Modellazione Strutturale ed Analisi Numeriche

WTC 1 : Il modello

31967 joints 65450 elements


Il modello

MODELLO SAP 2000

Nodi CORE: 47x111 livelli (110 impalcati + 1 piano terra) = 5217

Nodi WALL FRAME: 240x111 livelli = 26640 - Nodi MASTER: 1 X 110 impalcati = 110

No. NODI modello: 31967

GRADI DI LIBERTA’ I nodi alla base sono stati incastrati. Ad ogni livello (dal 1° al 110°) è stata fatta l’ipotesi di impalcato rigido assegnando l’opzione DIAPH (diaframma nel piano x-y)

materiale acciaio w = 7830 kg/mc

E = 2038902 kg/cmq

F=5828 kg

F=1319 kg

Nucleo: Variabile tra 5235 Kg e 51180 Kg

F= 7046 kg

carichi permanenti 3 kN/mq

carichi accidentali 3 kN/mq

carichi verticali totali 6 kN/mq.

carico unitario distribuito tra colonne del tubo esterno e del nucleo interno in base alle aree di influenza, ed applicato tramite forze verticali concentrate nelle colonne ad ogni piano.

•22


Il modello – sezioni delle colonne e delle travi

travicolonne


Sezioni colonne

LIVELLO 110

LIVELLO 100

LIVELLO 90

LIVELLO 80

LIVELLO 70

LIVELLO 60

LIVELLO 50

LIVELLO 40

LIVELLO 30

LIVELLO 20

LIVELLO 10

LIVELLO 0

SEZIONI SAP SEZIONI REALI

COLONNE ESTERNE


Il vento: il modello e i dati

• velocità del vento: più del doppio del NYC Code;

• carico totale sulla facciata dell’edificio: 50000 kN;

• pressione sulla superficie di facciata: 2.63 kN/m2, 2.20 kN/m2, 1.80 kN/m2


Azione del vento

WTC - Velocità media del ventoENV 1991-2-4

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 20 40 60Vm (z) [m/s]

H P

iano

[m]

NordSud

WTC - Velocità media del ventoENV 1991-2-4

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 20 40 60Vm (z) [m/s]

H P

iano

[m]

NordSud

T= 50 anni T=500 anni

•Rif. Eurocodice 1

•2 esposizioni che intendono simulare il vento proveniente dal centro urbano di Manhattan(direzione Nord) e quello proveniente dal mare (direzione Sud).

•Vento proveniente da Nord, 4a

classe di rugosità del terreno, riferita ad aree urbane con al massimo il 15% della superficie coperta da edifici alti 15 m;

•Vento proveniente da Sud, 1a

classe di rugosità del terreno nell’ipotesi di mare aperto, laghi, terreni piani e uniformi senza ostacoli.

•velocità di riferimento del vento, valutata per due periodi di ritorno, 50 e 500, pari a 28 m/s e 30 m/s

•densità dell’aria pari a 1,25 Kg/m3

•23


Azione del vento – periodo di ritorno T=50 anni

WTC - Composizione delle pressioni da vento (Nord)

ENV 1991-2-4

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40 50We (z) [N/mq]

H P

iano

[m

]

Totale

Media

Quasi Statica

Risonante

WTC - Composizione delle pressioni da vento (Sud)

ENV 1991-2-4

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40 50We (z) [N/mq]

H P

iano

[m

]

Totale

Media

Quasi Statica

Risonante

x 100 x 100


Azione del vento – periodo di ritorno T=500 anni

WTC - Composizione delle pressioni da vento (Sud)ENV 1991-2-4

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40 50

We (z) [N/mq]

H P

iano

[m

]

Totale

Media

Quasi Statica

Risonante

WTC - Composizione delle pressioni da vento (Nord)ENV 1991-2-4

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40 50

We (z) [N/mq]

H P

iano

[m

]

Totale

Media

Quasi Statica

Risonante

x 100 x 100


Azione del vento

WTC - Forze da Vento su Aree di Interpiano

ENV 1991-2-41

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 200 400 600 800 1.000

Fw (z) [kN]

H P

iano

[m

]

NordSud

WTC - Forze da Vento su Aree di InterpianoENV 1991-2-41

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 200 400 600 800 1.000

Fw (z) [kN]

H P

iano

[m

]

NordSud

T= 50 anni T=500 anni


Deformazioni e spostamenti

•24


Deformazioni e spostamenti

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 400 800 1200 1600 2000

d [mm]

Leve

l

HWNXHWNYHWSXHWSYHWNXHWNYHWSXHWSY

T= 50 years

T= 500 years

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0%

δ/h [%]

Leve

l

HWNXHWNYHWSXHWSYHWNXHWNYHWSXHWSY

T= 50 years

T= 500 years


Effetto Shear-lag sul tubo esterno

-1000

-500

0

500

1000

Joint Labels

N [

kN]

-1000

-500

0

500

1000

Joint Labels

N [

kN]

-1000

-500

0

500

1000

Joint Labels

N [

kN]

ANALISI SFORZI ASSIALI NELLE COLONNE DI BASE:

TELAI LONGITUDINALI

MODELLO BASE MODELLO COLONNE DISTANZIATE

MODELLO OUTRIGGER MODELLO COMPLETO

Nmax =741 t Nmax =1022 t

Nmax =744 t Nmax =1027 t

N [t] N [t]

N [t] N [t]


Diagrammi N+M per carichi verticali

(a)

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 60 120 180 240

Joint Labels (Wall Frame)

σ /

σy Stress ratio (N +M)

W1 W2 W3 W4

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 10 20 30 40

Joint Labels (Core Box)

σ /


C1 C2 C3 C4 C5 C6

(b)

C2C1

C4C3

C6C5

W1

W3

W4 W2

•25


Diagrammi N+M per carichi verticali e orizzontali

C2C1

C4C3

C6C5

W1

W3

W4 W2

(a)

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 10 20 30 40

Joint Labels (Core Box)

σ /


C1 C2 C3 C4 C5 C6

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 60 120 180 240

Joint Labels (Wall Frame)σ

/ σ

y Stress ratio (N +M)

W1 W2 W3 W4

(b)

MODELLAZIONE E ANALISI STRUTTURALE

Results from analyses:

σ/σy = 0.1 under gravity loads,σ/σy = 0.4 gravity + wind loads

So overstrength should be there

Collapse of Twin Towers:

Vulnerable construction ?

Exceptional Actions ?

ECCEZIONALITA’

Velocità aereo:

560 mph (WTC2) (Rep. NIST, May 2003)

470 mph, (WTC1); 586 mph (WTC2) (ASCE–FEMA)

Carburante:

circa 10.000 gal (ASCE–FEMA); altri: Circa 24.000 gal

Il nostro punto di vista

•26


July 28 1945: a B-25 flying at 200 mph slammed into the 78th

and 79th floors of the Empire State Building, gouging 18-by-20-foot hole 913 feet above the streets of Manhattan

… aircraft impact reallyexceptional for tall buildings ?


… impatto aereo davveroeccezionale per edifici alti ?

… impatto aereo davvero eccezionale per edifici alti ?

• Designing office building to withstand events likethe Sept.11 may be structurally feasible, but mightnot be economically practical

• Events like impact of aircraft are not anticipatedand addressed by current codes and design practice(WTC Sept.11,2001 - Briefing 2, ARUP)

• the scenario of an aircraft striking a tower ….is within the realm of the possible,

but highly unlikely(from a property risk assessment report prepared for SilversteinProperties prior to leasing the WTC towers in 2001. In: NIST Rep. May2003)

Il nostro punto di vista Il nostro punto di vista

… impatto aereodavvero eccezionaleper edifici alti ?

•27

Collapse of Twin Towers:

Vulnerable construction ?

Weakness in Fire protection .

Connections ?

Fireproofing on Steel Structure of WTC

Floor Truss Joists

Core Columns

Courtesy: ASTANEH

CONNECTIONS

Connections:

Do really exist full strengthconnections or they are only

used in class lectures and comferences of earthquake

enginering ?



Mp,conn = 161,3 kN m Mp,conn=20-30% Mp,col

Column connection

•28

Girder connection

Floor to column connection


Snellezza delle colonne

Colonne nucleo (h=3.66 m) : λ = 30 – 24 ω = 1.05 – 1.03(h=2x3.66 m) : λ = 49-52 ω = 1.15 – 1.2(h=3x3.66 m) : λ = 73-78 ω = 1.4 – 1.6

(h=5x3.66 m) : λ = 120 -130 ω = 2.7 – 3.0

In assenza di dannegiamento e degrado dovuto al fuoco:

Tra il 90° e 100° piano: N = 10820 kN

con (h=3.66 m) : ω N/A = 160 MPacon (h=5x3.66 m) : ω N/A = 413 MPa

Pausa

•29

•30

•31

•32

•33

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•36

•37

•38

PROGETTI FINALISTI PER IL NUOVO WTC

Foster and partners


Foster and partners


Richard Meier

•39


Richard Meier


Peterson - Littemberg


Peterson - Littemberg


THINK – Shigeru Ban

•40


THINK – Shigeru Ban


SOM


UNITED ARCHITECTS


UNITED ARCHITECTS

•41

IL PROGETTO VINCITORE

Daniel Libeskind

IL PROGETTO VINCITORE

Daniel Libeskind

Questions

Can the structure really take advantage from its extra strengthwithout a particular attention to ductility ?

Robustness cannot simply be overstrength and redundancy, butalso ductility necessarily must be considered in the design expecially for structural details like connections

For this aim, the scientific, technical and field-exeriencekowledge developed in the last decades in the seismic design of structures can be a valuable contribution:In fact a major issue of seismic design is “special detailing” whih increases structural ductility and toughness, thus reducingthe possibilities of progressive collapse at occurrence of severe earthquakes.


What is ROBUSTNESS ?

•EN 1990: Eurocode: Basis of Structural Designnot causing disproportionate damage by events such explosionsand impactsActions from vandalism and terrorist acts: adoption of robustness strategies safeguarding against the consequences of localised damage should ensure that the extent of collapse of a building following such abuse will not be disproportionate to the cause

•42

Connections:

Do really exist full strength connections or they are only used in conference of earthquake enginering ?

Conclusions:

We hope that all the lessons learned from earthquake engineeringwill be transferred to good design of important structures:

Ductility

Connections

Energy dissipation

Collapse modes

Robustness

…. A questi interrogativi daranno risposta gli studiosi che stanno analizzando il problema. Si puo’ forse somessamente ipotizzare che nella societa’ dei consumi non viene dato un grande valore all’eternita’ della costruzione, come avveniva nel passato, poiche’ oggi gli aspetti economici prevalgono spesso sulle esigenze dei progettisti.

D’altronde l’accostamento tra gli edifici alti di oggi e quelli di ieri, gli uni spinti da motivi economici, e gli altri dall’anelito verso un principio di bellezza, era stato fatto gia’ da Henry James agli inizi del Novecento al ritorno nella sua terra natale. Egli contrappone i grattacieli di New York “quei grattacieli onnipresenti che, per chi guarda dal mare, si ergono bene in vista, come fantastici spilli conficcati in un cuscinetto gia’ troppo pieno come se vi fossero stati infilati al buio, per ogni dove ed in ogni guisa”, “trionfali erogatori di dividendi”, al Campanile di Giotto a Firenze che appare nella sua bellezza sommamente sereno.L’obiettivo mentale del suo creatore e’ stata la bellezza, e, una volta raggiunta, quella ha trovato la forma in cui splendidamente permane”

Il confronto tra le grandi opere del passato e quelle contemporanee, ci indica, anche dopo gli eventi dell’11 settembre che ancora molto resta da studiare agli ingegneri per inventare e reinventare tipologie strutturali che consentiranno il raggiungimento di traguardi sempre piu’ ambiziosi ma nel rispetto dela sicurezza anche nei confronti di azioni forse oggi inattese.

I termini letterari di Henry James: “serenita’, bellezza e permanenza”, sottendono significati piu’ intimamente strutturali poiche’ la permanenza e’ certamente legata alla durata di una costruzione, o, per usare un termine piu’tecnico, alla vita attesa della costruzione stessa.

…..senza per questo tralasciare la bellezza, la permanenza e la serenita’ citate da Henry James.

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Il collasso delle Torri Gemelle del WTC: oscurato da un solo … · 2009-07-14 · •1 Il collasso delle Torri Gemelle del WTC: Analisi e riflesioni sul Progetto Università degli