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28.02.2026
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摩天大楼能经受住弹道导弹的袭击吗?

问题复杂且令人不安,但可以从工程角度进行拆解。现代摩天大楼 并非只是高耸的“盒子”,而是一套多层级系统,具备冗余的承重体系,能够在发生局部损伤时不至于立刻转变为渐进性倒塌。

真实案例表明:即便出现严重的局部破坏,只要替代荷载传递路径仍然存在且中央核心筒未被摧毁,就未必会导致整体性的灾难。

摩天大楼的结构稳定性如何运作

摩天大楼的稳定性如何运作

在讨论破坏情景之前,重要的是理解一个基本原则:摩天大楼 并不是把楼层简单叠放在一起。它是一套多层级工程系统,每一根柱、每一块楼板和核心筒协同工作,重新分配荷载并提供强度储备。高层建筑的稳定性不仅由材料强度决定,也由结构逻辑决定 即它如何应对单个构件的失效,以及是否能够将损伤局部化,避免出现链式反应。

结构冗余性

大多数高层建筑具备:

  • 刚性的钢筋混凝土核心筒(电梯、楼梯、机电管线);

  • 外围的柱体系或剪力墙体系;

  • 外伸桁架/支撑(核心筒–外围的刚性连接);

  • 作为“楼板隔板”的楼板体系,用于分配荷载。

若某个构件失效,荷载会被重新分配。这是防止“多米诺效应”的关键。

防止渐进性倒塌

防止渐进性倒塌

现代设计会预设“柱子突然失效”的情景。
如果楼板与节点能够在此类事件后继续支撑结构,倒塌就会被限制在局部范围内。

材料

钢筋混凝土摩天大楼具备:

  • 较大的自重;

  • 抗局部破坏能力;

  • 钢筋的连续性,即使出现裂缝也能把构件“拉住”并保持整体性。

撞击时会发生什么:作用序列


导弹命中时会发生什么

  1. 承重构件的局部破坏。

  2. 冲击波及外立面的次生损伤。

  3. 火灾 - 主要风险因素。

  4. 工程系统受损。

在许多情景中,最大的威胁恰恰来自火灾与工程系统的失效。

作战影响类型:对结构的作用

弹道导弹:类型、威力与后果特征

弹道导弹 是一种沿接近弹道的轨迹投送战斗部的手段(具有主动加速段,随后惯性飞行)。其射程类型包括:战术与战役战术(几十–数百公里)、中程与洲际。对于建筑影响分析而言,关键不在于射程,而在于 战斗部类型与撞击能量。

战斗部可能为:

  • 高爆破片型(地区冲突中最常见);

  • 穿透型(用于摧毁加固目标);

  • 集束型;

  • 特种型(包括核弹头 - 其后果规模在性质上完全不同)。

在非核配置下,战斗部质量通常从数百公斤到一吨以上不等。破坏效应还叠加了 高速撞击的动能 以及爆炸冲击波。在城市建成环境中,后果包括:

  • 承重构件的局部破坏;

  • 外立面与室内隔墙的大范围损伤;

  • 次生致伤因素(破片、结构坍塌);

  • 火灾;

  • 工程系统失效。

对高层建筑而言,关键问题在于:损伤会保持局部,还是会导致渐进性破坏。若为核战斗部,其影响规模将远超单体建筑,决定因素也不再仅是结构稳定性,而是冲击波半径、热辐射以及城市层面的综合后果。

超高层建筑分析:对比评估

对世界最高摩天大楼的潜在后果

当谈到超高层建筑时,尺度会改变一切。这里的荷载不同、动力特性不同、风险也不同。问题不再只是单个构件的强度,而是数百米高的结构在极端局部作用下将如何表现 它是否能保持整体性、损伤是否会被限制在一个区域内,还是会引发一连串次生后果。

Burj Khalifa (828 м)

Burj Khalifa 是世界最高建筑,高度达到828米。其结构基于“buttressed core”体系 即强大的钢筋混凝土核心筒与三翼支撑形式,提供卓越的刚度以及对风荷载与动力荷载的稳定性。正是这种结构逻辑,使该塔成为地球上工程韧性最强的超高层建筑之一。

Burj Khalifa

情景:

  • 命中上部楼层 外立面与楼板的局部破坏;

  • 打击下部区域 由于竖向荷载高度集中,风险显著更高;

  • 在没有重复打击的情况下,整体倒塌极不可能。

Shanghai Tower (632 м)

Shanghai Tower 是世界第二高摩天大楼(632米),以复杂的复合结构著称。其核心 为强大的钢筋混凝土核心筒,通过外伸桁架楼层与外部框架相连;双层幕墙降低风荷载并提升能效。凭借这种多层级系统,建筑兼具柔性与刚性,在极端动力作用下仍能保持稳定。

Shanghai Tower

情景:

  • 外立面严重受损;

  • 由于高度带来的潜在动力后果;

  • 若核心筒保持完好 破坏可被局部化。

Ping An Finance Center (599 м, Шэньчжэнь)

世界最高摩天大楼之一,采用复合体系:强大的钢筋混凝土核心筒与钢结构框架及外伸桁架体系相结合。

Ping An Finance Center

情景:

  • 若命中上部 更可能出现楼板与外立面局部破坏,但整体稳定性不一定丧失;

  • 外伸桁架楼层受损可能暂时降低刚度,但不一定导致渐进性倒塌;

  • 最关键的是下部三分之一,该区域竖向荷载最为集中。

Empire State Building (443 м)

Empire State Building 是一座传奇摩天大楼,高度381米(含尖顶为443米),建于1931年。其结构 为大体量钢框架,具有早期高层建筑典型的密集柱网与梁系。凭借高度结构冗余与钢材强度,建筑具备显著的承载储备。尽管年代久远,均匀分布的框架体系使其对局部破坏仍具抗性,但当代安全标准与防灾设计要求已明显更为严格。

Empire State Building

Empire State Building 的情景:

  • 撞击区域钢框架与楼板的局部破坏;

  • 外立面与内部隔墙的严重损伤;

  • 可能发生火灾,且存在钢结构防火保护层失效的风险;

  • 若主体框架网格与连接保持完好 很可能将损伤局部化,避免渐进性倒塌。

部分 Москва-Сити 塔楼

商务集群 Москва-Сити 包含欧洲最高建筑之一:

  • Башня Федерация

  • ОКО

  • Neva Towers

  • Меркурий Сити Тауэр

Москва-Сити 塔楼:工程画像


集群的结构特征

  1. 大多数塔楼 为整体式钢筋混凝土结构,配备强大的中央核心筒。

  2. 采用外伸桁架楼层。

  3. 强化风荷载计算(高度300–370米)。

  4. 完备的消防基础设施。

可能的打击情景

  • 命中上部 外立面及部分楼板的局部破坏。

  • 核心筒受损 会造成严重的功能性限制(电梯、疏散)。

  • 最敏感的是下部三分之一,最大荷载集中于此。

高密度开发的特征

Москва-Сити 是一个紧凑集群。
可能风险:

  • 对邻近塔楼的次生损伤;

  • 疏散受限;

  • 救援力量施工作业复杂。

但从结构体系角度看,这些塔楼按较高的抗风与使用荷载标准设计,这提高了其整体结构韧性。

高层建筑遭受打击的真实已证实案例

高层建筑在真实历史中已遭遇过极端外部作用 从偶发的航空撞击到蓄意袭击与导弹打击。这些事件不仅是悲剧,也成为重要的工程先例,使人们得以分析结构在局部破坏、火灾与系统失效条件下的行为。此类案例的实践经验,比任何理论推演都更能客观反映摩天大楼韧性的边界。

真实已证实案例:历史经验

1945年7月28日 对帝国大厦的航空撞击

在浓雾条件下,美国空军 B-25 Mitchell 轰炸机撞入帝国大厦北侧,位置约在78–80层。撞击击穿外立面并引发火灾,造成14人死亡。尽管局部破坏严重,承重钢框架仍保持稳定,建筑在数日内即部分恢复使用。该案例至今仍被视为框架体系高结构冗余的典型例证。

2001年9月11日 世界贸易中心的毁坏

客机撞击纽约世界贸易中心双塔(WTC 1 与 WTC 2)。初始损伤破坏了部分柱与楼板,但决定性作用来自持续性火灾对钢结构的削弱。数小时内两座塔楼完全倒塌,随后 WTC 7 也倒塌。官方调查强调,关键因素是机械破坏与高温作用的叠加。

近年来对多层建筑的导弹打击

在近年来的武装冲突中,已记录到在中东与东欧地区,住宅与行政高层建筑遭导弹命中的情况。在大多数已证实案例中,破坏以局部为主 外立面受损、局部楼板坍塌并引发大规模火灾,而整体倒塌发生得显著更少。

现代导弹对高层建筑的打击:总体图景

此类打击的共同已证实后果:

  • 承重与围护构件的局部破坏;

  • 强烈火灾作为损伤升级的主要因素;

  • 工程系统与电梯设备失效;

  • 疏散与应急救援工作的复杂性。

这些案例表明,结果不仅取决于打击威力,也取决于建筑的结构体系、材料在受热时的表现,以及结构能否将损伤局部化,避免渐进性倒塌。

与地震的对比

地震与导弹打击 是两种本质不同的极端作用形式。前者使结构在全高度范围内经历持续的动力振动;后者则是突发的局部脉冲,并伴随随后火灾的风险。对比这两类情景,有助于理解哪些工程方案能在不同威胁下提升摩天大楼的总体生存能力。

对比:地震 vs. 导弹打击

地震:

  • 作用于整栋建筑;

  • 周期性作用;

  • 需要延性与能量耗散能力。

导弹打击:

  • 局部脉冲;

  • 渐进性倒塌风险;

  • 火灾至关重要。

抗震方案(刚性核心筒、延性节点、阻尼器)也会以间接方式提升对极端局部作用的抵抗能力。

如何提升稳定性:工程方案

如何提升稳定性

结构层面

  • 设计替代荷载传递路径;

  • 加固关键区域;

  • 采用高强度混凝土;

  • 增强钢筋的整体连续性。

机电层面

  • 电力供应冗余;

  • 受保护的管线竖井;

  • 自动灭火系统。

组织管理层面

  • 变形监测;

  • 快速加固的准备;

  • 应急响应预案。

结论

现代摩天大楼 是一个高度冗余的体系。
单次严重命中并不意味着必然发生整体性倒塌。

结论:工程评估

然而:

  • 功能性后果可能非常严重;

  • 修复 可能耗时很长;

  • 火灾仍是破坏的主要放大器;

  • 下部楼层最为关键。

21世纪的工程技术显著提升了高层建筑的生存能力,包括 Москва-Сити 的塔楼以及全球超高层建筑。

但核心结论始终不变:结构强度 是计算问题,而城市安全 是责任问题。


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