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世界貿易中心工程

世界贸易中心的规划、设计、施工过程

世界貿易中心建築群建造計劃由美國企業家大衛·洛克斐勒牽頭，是都市更新計劃的一部分，旨在促進曼哈頓下城的發展。建造項目由紐約與紐澤西港務局（簡稱紐新港務局）負責。世貿中心原定建於曼哈頓下城東側，但監管紐新港務局的紐約州與紐澤西州州政府不同意在此位置進行建造。經過反覆磋商，兩者決定選址曼哈頓下西區的無線電街（英語：Radio Row）。為了說服紐澤西州接受這項提議，港務局同意接手破產的哈德遜與曼哈頓鐵路，改名為紐新港務局過哈德遜河捷運，繼續提供往返紐澤西和曼哈頓下城的通勤服務。

2001年3月，世界貿易中心完工後的照片。中央一左一右是兩座世界貿易中心，周圍圍繞著許多較矮的大廈，背後遠處有一條河流橫向流過。
2001年3月，世貿中心大樓。

美國籍日本裔建築師山崎實擔任項目的總建築師，他提出了雙子塔的設計構想。主體建築採用框筒結構（英語：Tube (structure)#Framed tube），大量緊密布置的邊緣柱提供了主要支承力，與芯柱一同分擔重力荷重。這種結構方案避免了柱和牆體的干擾，可以為業主提供較開放的樓層布局。電梯系統採用快速電梯和區間電梯相結合的設計，並設置兩座空中大廳，大幅縮小了大廈核心區域的尺寸，擴大了樓層的辦公區域。世貿中心的設計和建造應用了許多革新的技術，主要集中在兩座雙子塔，例如開挖地基時使用的地下連續牆技術和主體結構使用的風洞試驗技術。

1968年8月，世貿中心北塔（一號樓）動工建設，南塔（二號樓）則於次年動工。施工方大量採用預製構件來提高施工效率。北塔第一位租戶於1970年12月入駐，而南塔第一位租戶則於1972年1月入駐。20世紀70年代初，世貿中心建築群中四座較矮的建築建造完成並投入使用。1987年，最後一座建築、世界貿易中心七號大樓落成啟用。

前期規劃

歷史背景

1942年，美國企業家奧斯丁·J·托賓（英語：Austin J. Tobin）就任紐新港務局執行董事。在位30年間，他見證了世貿中心設計和建造的全過程。[1]世界貿易中心這一設想誕生於第二次世界大戰結束以後。當時，美國正在處於經濟大繁榮時期，對外貿易迅速增長。[2]紐約市的經濟發展主要集中在曼哈頓中城。[3]

1946年、戰爭結束後一年，紐約州議會通過了一項法案，批准建設世界貿易中心，希望能提高紐約市在跨大西洋貿易中的地位。[4][5]世界貿易集團隨之成立，董事會由紐約州州長湯瑪斯·杜威指派，負責世貿中心的設計工作。[4][6]然而董事會成立不到四個月，世界貿易中心計劃就遭到擱置。[6]建築師約翰·厄博森（英語：John Eberson）和他的兒子德魯提出的方案包含21座建築，涵蓋十個街區，預計總造價約1億5千萬美元。[5][7]但據推測，市場需求不足以支撐如此龐大的建築群；除非美國最大的6000家企業中有4800家參與，這項計劃才有可能獲得成功。[5]因此，1949年，世貿集團被紐約州議會解散。[8]

原始方案

 
建築師構想的世貿中心東河方案。

20世紀30年代，洛克斐勒中心落成，一定程度上刺激了曼哈頓中城的經濟。另一方面，曼哈頓下城金融區的發展相對落後。[3]許多工人移居至郊區後發現往返中城比下城更方便。作家保羅·戈德伯格（英語：Paul Goldberger）描述道，金融區缺乏娛樂、文化、住房等「各類城市便利設施」。[9]下城港口沿岸的商業漸漸被其他地方代替。[9]領導下城都市更新計劃的美國企業家大衛·洛克斐勒做出嘗試，希望通過建造大通曼哈頓廣場一號來挽回就業。[5][10]洛克斐勒認為，如果再不對下城進行更新，它會失去國家金融中心的地位。[9]然而1960年，這座240米高的摩天大樓落成，卻沒有吸引到預計數量的租戶。[5][9]

1958年，洛克斐勒成立了曼哈頓市區－下城聯盟（Downtown-Lower Manhattan Association），委託SOM建築設計事務所來繪製曼哈頓下城的復興藍圖。這項計劃於1960年6月公布，計劃提議在東河岸邊南街海港處一塊面積為13英畝（53,000平方公尺）的土地上興建世界貿易中心。過去十年，這片區域的商業日漸衰敗。[11][12]地塊由南至東順時針分別毗鄰老斯利浦街（Old Slip）、沃特街、福爾頓街（英語：Fulton Street (Manhattan)）和南街。[13][14]「傳統的街區被一塊兩層樓高的平台所取代」，大樓主體結構將建造在平台之上。[12]建築群包含一座900英尺（270公尺）長的展覽館以及50至70層高的大廈。[15]配套設施則包括劇院、商店和餐廳。[16]此外，曼哈頓市區－下城聯盟還計劃興建一座新的證券交易大廈，將紐約證券交易所遷入其中。[14]

大衛·洛克斐勒認為紐新港務局是負責這個項目的不二之選，其擁有類似大型工程項目的管理經驗，且願意投資建設該項目。[11][14]他還表示世貿中心有利促進、提升紐約和紐澤西港的國際貿易量。[16]大衛的兄長、時任紐約州州長納爾遜·洛克斐勒要求港務局調查該方案的可行性。[11]鑑於紐約市在國際貿易中的地位，港務局執行董事奧斯丁·J·托賓評論道，這個項目不應僅僅是「一座」世界貿易中心，而應該是「唯一一座」世界貿易中心。[17]他則指派其助手理察·沙利文（Richard Sullivan）研究建造世貿中心的可行性。[18]

1961年3月10日，沙利文發表了他的研究成果《紐約港的世界貿易中心》（A World Trade Center in the Port of New York）。報告推薦沿碼頭區建造世貿中心來推動紐約港的貿易。[19]報告還表示，洛克斐勒所建議的南街海港地塊是最理想的地點，但它沒有考慮當地人的反對聲音。[20]次日，紐新港務局正式批准了這一計劃。[21]

紐約州—紐澤西州分歧

 
世貿中心實際建造地點（圖中紅色區域）和原定建造地點（圖中橙色區域）。

由於紐新港務局是紐約州和紐澤西州所管轄的部門，這個方案也需要得到這兩個州的批准。紐澤西州長羅伯特·B·梅納（英語：Robert B. Meyner）對於在紐約州建造這個價值3.55億美元的項目十分不滿。[22][23]梅納表示只有紐澤西州能從項目中獲益他才會同意。[11]他還特別擔心紐澤西州哈德遜與曼哈頓鐵路的客運量。[24]自從哈德遜河有數條公路橋梁和隧道通車後，該線路的客運量由1927年的1.13億人次高位下降至1958年的2600萬人次。[25][26]哈曼鐵路的哈德遜車站（英語：Hudson Terminal）位於曼哈頓下西區的無線電街（英語：Radio Row），是一個大型辦公建築群，也因客運量減少而日趨破敗。[27]往來哈德遜河兩岸的渡輪在1920年曾有5100萬人次客運量，此時已經停運，而民眾更傾向於搭乘快速地鐵，高架線路也逐漸廢除。[26]許多年來，紐澤西州市民及官員都提議港務局收購哈曼鐵路，但每次港務局都拒絕。[22]梅納表示，如果港務局接手哈曼鐵路，他就支持世貿中心的建設。[3][24]於是港務局開始著手研究收購哈曼鐵路。[28]

1961年2月，紐約州州長納爾遜·洛克斐勒發表提案，以7000萬美元收購哈曼鐵路，並在南街以3.35億美元興建世貿中心。有人警告納爾遜·洛克斐勒，這項交易過於草率，但紐約州議會還是批准通過提案。[28][29]可是紐約和紐澤西雙方就世貿中心選址的談判仍陷入了僵局。[28]幾個月後，沙利文的同事西德尼·沙克特（Sidney Schachter）聯繫到他，沙克特正在調查哈德遜車站。兩人在無線電街街區漫步，沙克特表示這塊地能用來建造世貿中心，且能帶來幾項好處：破敗的哈德遜車站能夠重建為更現代的辦公樓、哈曼鐵路能新建一座車站、不會招致紐澤西州的反對。[27]直至年末，港務局仍繼續調查收購哈曼鐵路的可行性。[29]

1961年12月，托賓與新上任的紐澤西州州長理察·休斯進行了多次會面，最終達成共識，將世貿中心的建造地點向西移至哈德遜車站所在位置。[29][30]新地點不僅臨近紐澤西，且沒有開發商在哈德遜車站上方興建建築，因此能充分利用車站的空間所有權（英語：Air rights）。[24][29]除了接手哈曼鐵路，港務局還同時接手了哈德遜車站等破敗的建築。[30]1962年1月22日，兩州終於達成了協議，由紐新港務局收購哈德遜－曼哈頓鐵路並在曼哈頓下西區建造世貿中心。[31]紐新港務局將哈德遜與曼哈頓鐵路改名為紐新港務局過哈德遜河捷運，簡稱紐新捷運。[32]1962年2月，紐澤西州議會批准通過提案。[33]隨後，主席托賓成立世界貿易辦公室負責世貿中心的建造和運作，並指派蓋伊·F·托佐利（英語：Guy F. Tozzoli）領導新辦公室。[33][34]

世貿中心地塊大致為梯形，北部有形如瓶塞的凸起。[35]其包含12個街區，由北至西順時針分別毗鄰維西街、教堂街、自由街和西街（英語：West Street）。[35][36]這些街區共同構成了一個超級街區（英語：City block#Superblock），世貿大廈就興建在其中。[36]「瓶塞」則是一塊較小的梯形地塊，由北至西順時針分別毗鄰巴克萊街（Barclay Street）、西百老匯街（英語：West Broadway）、維西街和華盛頓街（英語：Washington Street (Manhattan)）。多年後，世界貿易中心七號大樓就建造在此。「瓶塞」西側和東側的街區分別為威訊大樓及美國郵政服務辦公室（英語：90 Church Street）。[35]

搬遷爭議

 
世界貿易中心建於曼哈頓的無線電街（英語：Radio Row）。

儘管兩州和紐新港務局之間達成了協議，世界貿易中心的建設仍然一波三折。世貿中心的選址無線電街（英語：Radio Row）集中了約100名居民、323名工商業租戶以及超過1000家辦公室。[37][38]據估計，此時有17200至30000名雇員為該地企業工作，每年能創造3億美元的利潤。[38]世貿中心計劃將遷移這些企業，但遭到部分人的強烈反對。[37][39]抗議活動由其中一位企業家奧斯卡·納德爾（Oscar Nadel）領導。[37][40][41]報紙刊登了這些小型商戶被迫搬遷的報道，居民和租戶組織「葬禮」悼念「小型商戶先生」。[37]

港務局成立辦公室幫助租戶遷移，部分租戶妥協，部分租戶仍然反對。[42]辦公室拒絕會晤租戶團體，表示只接受租戶與港務局官員一對一見面。納德爾認為港務局這麼做會說服租戶搬遷，使該區域流失大批租戶。[43]作為團體發言人，他要求與托賓直接見面。二人於1962年6月中旬進行會面，托賓提出給予納德爾世界貿易中心一間店面，但納德爾當即拒絕。[44]兩個星期後，約325名商戶及1000名小商販聯合向港務局遞交禁制令，質疑其徵收權。[44][45]

這些爭議最後不得不通過法律途徑解決，案件提交至紐約上訴法院進行處理。地方法院並沒有審理商戶的案件，但裁定世界貿易中心並不滿足「公共用途」，損害了無線電街商戶的利益，與托賓所述不符。[46]托賓回應道，地方法院居然裁定了「公共用途」這一憲法問題。而一位上訴法官則公開譴責托賓「庭外傳訛」。[46][47]托賓再次提出願意將商戶遷移至一處全新建築群，並將拆遷日期延期至1964年。但面對公眾時，他仍表現得像贏得了法院的支持一般。[48]1963年2月，紐約上訴法院裁定世貿中心並不滿足「公共用途」，禁止港務局徵收土地。[49]港務局立即上訴[50]，4月，法院撤回此前裁決，確認港務局擁有徵收權，並表示該項目具有「公共用途」。[51]商戶則向美國最高法院上訴。[52]1963年12月12日，最高法院拒絕審理案件，認為其不需要最高法院管轄。[53][54]

按照紐約州法律規定，紐新港務局必須協助商戶完成搬遷，港務局自1962年起一直在進行這項工作。[42]但部分人認為港務局沒有提供足夠幫助。[53][55]在世貿中心的建設過程中，仍有人質疑港務局是否應該接手這個項目，認為該項目是「錯誤的社會規劃」。[56]

設計

紐澤西州同意開展世界貿易中心項目後，紐新港務局便開始尋找潛在客戶。美國海關總署一直不滿意其總部亞歷山大·漢米爾頓美國海關大樓（英語：Alexander Hamilton U.S. Custom House），因此港務局最先與其接觸。除此之外，很少私營企業願意入駐世貿中心，港務局只能尋求紐約州政府幫助。[57]1964年1月，港務局與紐約州政府簽訂協議，將部分政府辦公室搬入世貿中心。[58]1964年上半年，港務局開始與銀行等商業租戶簽約。[59]一年後，美國海關總署正式與港務局簽約。[60]

此時，國際貿易僅占美國國民收入不足3.8%，且跨國公司占據了其中的五分之四，世貿中心規劃者擔心大廈得不到充分利用。[61]考慮到這種情況，托賓和托佐利決定，如果想要吸引更多私營企業，必須將世貿中心建成世界最高樓。[61]世貿中心計劃全面擴張。計劃原定建築面積為5至6 × 106平方英尺（4.6至5.6 × 105平方公尺），地塊的可行性報告發表後，建築面積增加至6 × 106平方英尺（5.6 × 105平方公尺）以上，與當時最大的辦公建築五角大樓相近。然而，托賓指示員工視察無線電街地塊後決定進一步提高建築面積，至少要達到10 × 106平方英尺（9.3 × 105平方公尺）。但他擔心引起爭議，沒有向公眾公開擴張計劃。[62]

招募建築師

曾有三名建築師參與規劃世貿中心，但由於設計缺乏創新，托佐利最終將他們解僱。[63]隨後，他啟程前往西雅圖會見美籍日裔建築師山崎實。托佐利已經對世貿中心的規劃有大概想法，但還沒有決定設計細節。[64]在會面之前，山崎實唯一設計的高層建築項目是位於底特律的一座30層大廈，業主為密西根天然氣公司（英語：Michigan Consolidated Gas Company）。因此，山崎實以為讓他設計價值2.8億美元的紐約世貿大廈是合同列印錯誤，後來才得知合同沒有印錯。[65]1962年6月，山崎實向港務局提交了他「龐大、清晰、詳盡且充滿人文關懷的」設計提案。[63]作家保羅·戈德伯格描述道，在滿是工程師的港務局董事會面前，山崎實「表現得像一位藝術家」。[66]會面結束後，港務局設計師開始瀏覽山崎實過往參與的項目。[63]

1962年9月20日，[67]經過詳盡的篩選[24][61]，港務局宣布山崎實將擔任世貿中心的首席設計師，艾默里·羅斯父子公司（英語：Emery Roth#Emery Roth & Sons）擔任助理設計師。[67]山崎實提交給港務局的原始設計方案包含兩座大廈，各有80層高。他表示，我「當然還可以選擇設計一大群建築，但那樣看起來就像是一個住房項目」。[68]

公布設計方案

 
世界貿易中心的樓層布局及電梯設計方案。

港務局要求世貿大廈必須擁有10 × 106平方英尺（9.3 × 105平方公尺）的辦公面積，空間分配的重任落在山崎實肩上。[64]他嘗試了多種不同的設計，例如將面積分配至三到四座塔樓，或壓縮進兩座80層的塔樓中，還考慮過設計一座巨大的大廈，或是10座體量適中的建築。[64][69]但他還是偏愛雙子塔方案，然而80層的設計並不能滿足港務局的要求，建造超過80層的辦公建築又不經濟。[64][69]

另一項難題是設計電梯系統。建築越高，需要的電梯就越多，電梯井占據的空間就越多。[68]山崎實和工程師們決定使用一種新型電梯系統，其設置了兩個空中大廳，乘客可以乘坐快速電梯到達空中大廳，隨後轉乘區間電梯前往具體樓層。這樣，不同區間的區間電梯都能容納在同一個電梯井中。[70]空中大廳位於大廈的44層及78層，這種設計提高了電梯使用效率，且由於電梯井數量減少，每層樓的實用面積增加了62%至75%。[71]世貿中心是自芝加哥的約翰·漢考克中心後，世界上第二座採用空中大廳設計的摩天大樓。[72]這套電梯系統靈感源自紐約地鐵，其地鐵線路分為快車和慢車，慢車站只有慢車線路停靠，快車站則所有線路都停靠。[73]如此設計，哪怕大廈高度增加至110層仍能保證每層有足夠的使用空間。[69]

 
世貿中心原始建築模型。目前陳列在九一一國家紀念博物館中。

1964年1月18日，山崎實正式公開最終設計方案，並配以兩座八英尺高的模型。[68]大廈的橫截面為正方形，邊長約207英尺（63米）。[74]山崎實本人患有恐高症，他希望建築里的使用者能感到安全，所以建築的窗戶設計得十分狹窄，只有18英寸（45厘米）寬。[75]由於他的設計要求在建築外立面覆蓋一層鋁合金[76]，且窗戶僅占建築表面積的30%，從遠處看就剩一塊塊金屬板。[77]

山崎實此前曾與沙烏地賓拉登集團共同設計沙烏地阿拉伯的宰赫蘭國際機場（英語：King Abdulaziz Air Base）。在設計世貿中心時，他也將伊斯蘭建築風格融入其中。世貿中心的廣場效仿麥加古城，加入噴泉、立方體、放射形圖案等元素。山崎實形容這個廣場是「一座麥加城，讓人們從華爾街狹窄的街巷和人行道中得到解放」。[78]此外，大廈本身也包含伊斯蘭建築元素，例如尖拱頂、混凝土預製窗花格（英語：Tracery）、宣禮塔般的塔台以及阿拉伯式花紋。[79]

世貿中心的設計遭到美國建築師學會等團體批評。[76][80]《歷史中的城市（英語：The City in History）》一書作者路易斯·芒福德形容世貿大廈等新式摩天大樓「只不過是玻璃金屬文件櫃而已」。[81]當時，紐約都會區的電視信號發射自帝國大廈，電視台擔心世貿中心會對居民收視造成干擾。[82]作為回應，紐新港務局承諾在世貿中心大樓上安裝新的電視信號發射裝置。[83]美國自然歷史博物館的林奈學會也反對建設世貿中心，認為其選址危害鳥類遷徙。[84]

沃辛頓、斯基林、海勒和傑克森公司（英語：Magnusson Klemencic Associates）承包結構工程，負責實現山崎實的框筒結構體系（英語：Tube (structure)#Framed tube）。[85]紐新港務局的工程部門承包基礎工程。約瑟夫·R·洛林公司（Joseph R. Loring & Associates）和賈羅斯、鮑姆和鮑爾斯公司（英語：Jaros, Baum & Bolles）分別承包電氣工程及機械工程。總承包商是蒂什曼房地產建築公司（英語：Tishman Realty & Construction Company）。港務局世貿中心部門總監蓋伊·F·托佐利（英語：Guy F. Tozzoli）和港務局的總工程師里諾·M·蒙蒂（Rino M. Monti）擔任項目負責人。[86]

設計要素

作為一個跨州機構，紐新港務局不需要遵守紐約市的法律法規。但港務局仍然要求建築師和工程師們遵守紐約市的建築規範。世貿中心項目仍處於規劃階段時，紐約市正在起草新的建築規範取代1938年舊版本。結構工程師們只能採用新規範的草稿版本，這個版本中包含了一些「先進的」建築設計技術。[87]

結構設計

世貿中心項目採用了許多摩天大樓設計及建造（英語：Skyscraper design and construction）領域的結構工程創新技術，使其能夠成為當時世界上最高的建築物。傳統摩天大樓採用框架結構，一系列柱構成建築的骨架分布在整個內部空間，承擔樓房的荷重，這些柱嚴重影響了樓層的空間利用率。[70]而由孟加拉工程師法茲勒·拉赫曼·可汗（英語：Fazlur Rahman Khan）提出的框筒結構（英語：Tube (structure)#Framed tube）則是一個巨大的進步，這種結構形式能容納開放式的樓層布局，提供更大的租售空間。[88]世貿中心採用了高強度鋼承重邊緣柱，能起到空間桁架的作用。[85][89]鋼柱本身十分輕盈，但緊密排列起來就形成了一道牢固且堅硬的牆，牆與牆連接則構成了筒體。[70][90]建築每側分別有59根這樣的鋼柱。[91][85]每片牆長度約為210英尺（64公尺），牆間連接處進行了倒角處理（英語：Bevel）。這些邊緣柱筒承擔了幾乎所有的側向荷重（如風荷重），同時與芯柱共同承擔建築物的重力荷重。[71][90]建築物的力學分析主要在一台IBM 1620（英語：IBM 1620）計算機上完成。[92]

 
世界貿易中心的樓層布局範例。

大廈的邊緣柱筒使用了大量預製構件，每個構件包含三條三層樓高的柱，柱之間使用窗間牆（spandrel plates）連接，柱上焊有邊長14英寸（36公分）的正方形鋼端板。[90]由於高度越高，結構承受的重力荷重越低，因此端板的厚度和強度等級隨高度逐漸減小，從36,000至100,000磅力每平方英寸（250至690百萬帕斯卡）不等。[註 1][93]框筒結構相較傳統結構減少了40%的鋼材使用量。[94]為了設置出入口，從基礎至第七層的柱體間距為10英尺（3.0公尺）。[95][85]柱體都承放於基岩之上。曼哈頓下城基岩深度比曼哈頓中城要深，約在地表以下65至85英尺（20至26公尺）。[96]

窗間牆約52英寸（1.3公尺）長，預先在施工現場外的工廠與外立柱焊接牢固，形成模組化的預製構件。[97][98]每塊構件約10英尺（3.0公尺）寬、36英尺（11公尺）厚，共有兩個完整樓層以及兩個半樓層。[97][98]相鄰構件使用鉚釘連接，連接位置位於柱和牆的中間部分。每層樓設置的窗間牆用於傳遞柱間剪應力，使兩者協同工作，承受側向荷重。除設備層外，其他樓層的構件相互錯開連接，因此同一樓層的接縫不會連續出現。[99]

大廈的核心區域容納了電梯井、設備井、洗手間、三個樓梯井等輔助設施，橫截面為矩形，邊長分別為87英尺 × 135英尺（27米 × 41米），包含47根貫穿主體結構的承重柱。[98]柱自66樓起截面積逐漸減小，低樓層為焊接箱型鋼，高樓層變為軋制工字型鋼。北塔長軸沿東西方向，南塔則沿南北方向。每座樓的所有電梯及三個樓梯井皆在核心區域之內。電機設備層（英語：Mechanical floor）為了避讓快速電梯的機房，將兩座外側樓梯設於核心之外，並用走廊與核心區域連接。[91]正是由於這一設計，在九一一襲擊事件中飛機撞擊大樓後，南塔的A樓梯仍然可以使用。[100]

 
世界貿易中心的複合樓板桁架系統示意圖。

處於邊緣柱筒和核心區域之間的無柱空間由預製樓板桁架連接。樓板承受恆荷重、活荷重、為外圍牆體提供側向穩定性並傳遞外牆的風荷重。樓板由帶凹槽的鋼板及其上4英寸（10公分）厚的輕型混凝土層構成，凹槽為兩者提供抗剪連接，使其能夠協同作用。[101]主桁架和次桁架構成了網格，支撐著樓板。網格間距各處不同，短跨僅有35英尺（11公尺），長跨可達60英尺（18公尺）。[101]桁架與邊緣柱間隔相連，連接處間距為6英尺8英寸（2.03公尺）。上弦杆與外側窗間牆所設支座及內側芯柱所設溝槽鉚接。樓板則使用黏彈性阻尼器與窗間牆連接，以減輕大樓搖晃時樓內人員所感受到的不適。[101]

為了支撐樓頂的通訊天線，大廈107層以上採用了不同桁架結構，稱作懸挑桁架（outrigger truss）或帽式桁架（hat trusses）。[101]事實上，只有北塔在1978年安裝了天線。此桁架系統在長軸方向上有六個桁架，短軸方向上由四個桁架。這一設計對邊緣柱筒和核心柱的荷重進行重分配，且為天線塔提供了支撐。[102]

風荷重

大廈的框筒結構使用了鋼柱，並噴塗了防火塗層，這種結構重量較低，在風荷重下擺動幅度較大。而帝國大廈等建築則採用傳統結構，使用厚重的砌體增強鋼結構的防火能力（英語：Fireproofing）。[103]在設計過程中，科羅拉多州立大學和英國國家物理實驗室為世貿中心進行了風洞試驗，以確定世貿中心的設計風壓及結構響應。[104]此外，為了測試樓內人員對於大樓搖晃的耐受度，設計師也進行了相關實驗。受試者以「免費眼部檢查」的名義招募至測試中，然而實驗的真正目的是測試他們能忍受多大幅度的樓體搖晃。[105]許多受試者的反響並不理想，紛紛表示有頭暈等不適症狀。主管工程師萊斯利·羅伯森（英語：Leslie Robertson）與加拿大工程師阿蘭·G·達文波特（英語：Alan Garnett Davenport）一起設計了新型黏彈性阻尼器，主要布置在樓板桁架與邊緣柱的連接處，再結合其它結構調整，成功將大廈搖晃控制在可接受的程度。[106]

飛機撞擊

世界貿易中心的結構工程師們也考慮到了飛機撞擊的可能性。1945年7月，一架B-25轟炸機在大霧中迷失了方向，撞上了帝國大廈的78和79層。一年後，一架飛機撞上了華爾街40號，另一架飛機又差點撞上了帝國大廈。[107]因此在設計世貿中心的時候，萊斯利·羅伯森考慮到了波音707客機在霧中降落約翰·甘迺迪國際機場或者紐華克自由國際機場時撞上大廈的情況。[108]美國國家標準技術研究所（NIST）發現了一份三頁的白皮書，其中提及設計師曾分析過一架飛機以600英里每小時（970公里每小時）的速度撞擊大樓的情形，但是沒有找到這項分析的實際證明文件。[109]

防火措施

大廈的樓板桁架及橫梁等鋼結構使用了防火噴塗材料（sprayed-fire resistant materials）。芯柱採用石膏干壁與防火噴塗材料共同防火，也有部分只採用了石膏干壁。邊緣柱筒內側進行了蛭石抹灰處理，另外三側則同樣使用了防火噴塗材料。[91]1968年版紐約市建築規範對於建築物防火要求較為寬鬆，允許世貿中心只建造三個消防樓梯，舊版本則要求六個。[110]

1970年4月，紐約市大氣資源部要求世貿中心項目承包商停止使用石棉作為隔火材料。[111]

1975年2月，世貿中心內發生一場殃及六層樓的火災，事後，大廈安裝了更多的防火設施。[112]1993年世界貿易中心爆炸案後，調查人員發現樓內防火措施仍然不足。紐新港務局隨即開始更換相應的設備，但是最終北塔只有18層樓完成了替換，包括了九一一事件中飛機撞擊的所有樓層；南塔完成了13層，但九一一事件時只有其中三層樓（77、78和85）受到了直接撞擊。[113][114][115]

1968年版紐約市建築規範中，除了地下空間以外，並沒有要求高層建築安裝自動灑水系統。所以，最初世貿中心只有地下車庫安裝了自動灑水系統。[116]在1975年2月的大火後，紐新港務局決定在整棟樓中都安裝自動灑水系統。截至1993年，南塔幾乎所有的樓層都完成了安裝，北塔也完成了85%。2001年，整個世貿中心建築群都完成了灑水系統的更新。[117][118]

設計爭議

 
1968年，世貿大廈的基坑挖掘狀況。

1962年，紐約州與紐澤西州達成共識、紐新港務局定案後，世界貿易中心計劃便開始面臨爭議。紐約市政府僅獲得極少股份，紐約市長小羅伯特·F·瓦格納（英語：Robert F. Wagner Jr.）對此並不滿意。[32][119]瓦格納在《紐華克晚間新聞報（英語：Newark Evening News）》上得知世貿中心遷址至曼哈頓西側，隨後表示港務局將紐約市市政府看作「局外人而非中心人物」。[32]他希望兩州能夠推遲共識，讓市政府發表對該項目的看法。[120]他們隨即與港務局召開了一系列會議討論各項世貿中心的細節。[119]但市政府只有世貿中心地塊的街道管轄權，無權指責項目選址，因此一直處於被動。[62][121]當私營房地產開發商反對這個項目時，市政府才開始使用這項權利進行申訴。[122]

1964年，山崎實的110層雙子塔設計公布於世，一些紐約地產協會（Real Estate Board of New York）成員和私營房地產開發商對於這個各方「資助」的項目表示擔憂，他們認為目前市場上已經存在很多空置的辦公場所，新建的世貿中心會使得市場狀況更加惡劣。[123][124]其中最顯著的反對聲音來自帝國大廈所有者勞倫斯·韋恩（英語：Lawrence Wien）。一旦世貿中心建好，帝國大廈將會失去世界第一高樓的稱號。[123][125]韋恩召集建築商成立了一個名為「合理建造世貿大廈委員會」（Committee for a Reasonable World Trade Center）的組織，要求降低世貿中心的設計高度。[123][126]他們表示，世貿中心極大量的建築面積會導致房地產市場供應過量，損害其他開發商的利益。市政府及開發商使用了大量理由將建造時間推遲了兩年。[122]

瓦格納的繼任者約翰·林賽（英語：John Lindsay）與紐約市議會共同表示，紐約市政府能夠參與談判的程度有限。市政府與港務局主要在稅收問題上存在分歧，港務局承諾每年向市政府繳納400萬美元以替代稅金，市政府則要求該金額的四倍。這一爭論持續了兩年，在這期間，世貿中心的計劃造價節節攀升。[122]港務局最初樂觀預計，世貿中心造價約為3.5億美元。[127]1966年12月，港務局宣布提高計劃造價至5.75億美元。[128]這一聲明受到《紐約時報》批評。[129]文章表示，港務局的數字低得不切實際，預計項目最終造價會是7.5億美元。[130]實際上，世貿中心雙子塔完工之時，港務局已為項目撥款9億美元。[131]

1966年7月，市政府與紐新港務局仍然未能達成共識。[121]但談判依舊在繼續，兩者最終在1966年8月3日談妥。[132][133]港務局需要每年將部分大廈租金代替稅金支付給紐約市政府。[62][133]金額會隨物業稅提高而增加。[134]此外，港務局還需在紐約和紐澤西港建造南布魯克林碼頭（英語：South Brooklyn Marine Terminal），而市政府則會在曼哈頓地獄廚房建造紐約客輪碼頭（英語：New York Passenger Ship Terminal）。[132]港務局將以免稅債券形式償還資金。[135]

施工

1965年3月21日，紐新港務局開始對世貿中心地塊內的建築進行拆除。[136]拆除工作由阿賈克斯拆除清運公司（Ajax Wrecking and Lumber Corporation）負責。[137]

地下連續牆

 
1969年，南塔主體結構和地下連續牆（「浴缸」）的施工情況。

1966年8月5日，世界貿易中心破土動工。[138]地塊為一片堆填區，基岩位於地下65英尺（20公尺）深處。[139]因此需要沿西街（英語：West Street）建造名為「浴缸（英語：The Bathtub）」的地下連續牆，防止哈德遜河河水滲入。如果使用降低地下水位（英語：Water table）的方法，周邊未採用深基礎（英語：Deep foundation）的建築容易產生較大沉降（英語：Groundwater-related subsidence）。[140]

建造地下連續牆需要先挖掘一條壕溝，在挖掘的同時向壕溝內灌入泥漿。泥漿含有皂土，能夠填堵洞口並將水排出。壕溝挖掘完畢後，吊入鋼筋籠，並澆築混凝土，將泥漿排出。這一施工方法由港務局首席工程師小約翰·M·凱爾（John M. Kyle Jr.）提出。1966年底，地下連續牆開始施工，工程由蒙特婁公司伊坎達（Icanda）負責，其為義大利工程企業專業建築工程公司（Impresa Costruzioni Opere Specializzate）的子公司。[141]地下連續牆工程耗時14個月，工程完成後才能開始挖掘基坑。[141]承載紐新捷運的哈德遜隧道（英語：Downtown Hudson Tubes）一直服役至1971年，直至世界貿易中心車站建成。[142]

雙子塔

北塔和南塔的主體結構施工分別於1968年8月及1969年1月開始。[143]1967年1月，太平洋汽車和鑄造公司、拉克萊德鋼鐵公司（英語：Laclede Steel Company）、美國鋼鐵公司及卡爾·科赫鋼鐵諮詢公司（英語：Karl Koch Steel Consulting）共同贏得世貿中心項目的鋼鐵供應合同，價值7400萬美元。[144]港務局沒有從伯利恆鋼鐵、美國鋼鐵等巨頭購買大量鋼鐵，而是選擇讓多家不同的供應商供貨，以節約成本。[145]卡爾·科赫同時還負責搭建鋼結構，鋁合金外立面則由美國鋁業公司負責。[144]1967年2月，蒂什曼房地產建築公司（英語：Tishman Realty & Construction Company）擔任項目監理。[146]

 
1970年5月，建造中的世貿中心一號樓和二號樓。

由於邊緣柱筒及樓板桁架系統大量使用預製構件，世貿中心能在保證質量的同時提高建造速度並降低成本。[94]鋼構件都通過賓州中央鐵路（後轉為聯合鐵路）運送至澤西市。每天清晨，構件由荷蘭隧道進入施工場地，大型構件則由拖船運至現場，起重機隨即將其起吊就位。[147][148]世貿中心使用了法福克STD2700起重機，由澳大利亞企業法威爾·摩爾德（Favelle Mort Ltd.）生產，其通過液壓系統升降貨物，適合用來建造超高層建築。[149]

1970年，由於拖船工人罷工，部分材料不能及時運至施工場地。[150]港務局開始嘗試直升機等運輸方法。然而一架直升機意外將鋼材墜落至范庫爾水道。[151]建造過程中還有一些其他事故發生，例如打樁機撞斷了電話線導致曼哈頓下城電話服務中斷。[152]1970年3月16日，一輛貨車撞上丙烷罐，爆炸造成六名工人受傷。[153]在整個世界貿易中心的建造過程中，共有60名工人因工程事故身亡。[154]

北塔的封頂儀式於1970年12月23日舉行，南塔則於1971年7月19日舉行。[143]北塔第一位租戶於1970年2月15日入駐，南塔第一位租戶則於1972年1月入駐。[155][156]1973年4月4日，世貿中心舉行落成典禮，一年前辭職的托賓並沒有出席。[157]

世貿中心的建造過程共計挖掘1,200,000立方碼（920,000立方公尺）土方。[158]項目組沒有耗巨資將這些土方運送至紐澤西的堆填區，而是用來在曼哈頓西街外填海造陸。[158]1967年1月5日，碼頭的拆除工作開始，1910年左右建成的7至11號碼頭均被拆除。[159]儘管大衛·洛克斐勒、州長納爾遜·洛克斐勒和市長約翰·林賽對炮台公園城的建設仍存在分歧，拆除工作依舊正常進行。[160]世貿中心的土方堆起圍堰，在海上填出陸地。[139]這項工程將河岸向外延伸了700英尺（210公尺），總長1,484英尺（452公尺），共六個街區。[158]這些土地免費贈送給了紐約市，其上建造起炮台公園城，從而帶來了更多的稅收。[161]

其他建築

世界貿易中心建築群還包括其他四座20世紀70年代建成的建築。世界貿易中心三號大樓是萬豪世界貿易中心（英語：Marriott World Trade Center），有22層高，由SOM建築設計事務所於1978至1979年設計。[162]世界貿易中心四號大樓、五號大樓和六號大樓由雙子塔設計團隊設計，成員包括山崎實、艾默里·羅斯父子公司以及斯基林、赫爾、克里斯蒂安森、羅伯遜公司（Skilling, Helle, Christiansen, Robertson）。[163]世界貿易中心七號大樓由艾默里·羅斯父子公司設計，共47層，於20世紀80年代中期建成，位於主樓的北側，在聯合愛迪生公司的變電站上方。[164]

後續改造

自大廈建成以來，為了迎合租戶的需要，世貿中心雙子塔進行了許多結構改造。這些改造根據紐新港務局的《租戶改造審查手冊》（Tenant Alteration Review Manual）進行，由港務局監督，確保改造不會危害建築結構安全。多數改造是對樓板開洞，建造新的樓梯連接不同樓層。核心區域部分鋼梁進行了加固，以承載檔案資料等較大荷重。[164]

1993年世界貿易中心爆炸案後，北塔的受損結構需要修復。地下一層和二層受到的損傷最大，三層的結構也受到嚴重破壞。[165]主承重柱並不在影響範圍內，但是一些次要的鋼結構部件一定程度上遭到損害。[166]被炸壞的樓板需要修復，恢復它們對柱的結構支撐作用。[167]地下連續牆受損嚴重，失去了樓板的側向支撐，牆體無法阻擋哈德遜河的河水。[168]世貿中心建築群的空調製冷設備位於地下五層，也受到了非常嚴重的破壞。1993年夏季，大樓換用臨時製冷設備。[168]火警系統（英語：Fire alarm system）的關鍵電纜和信號設備在爆炸中損壞，需要全面更換。新系統耗時數年才安裝完成，一些設備直到2001年9月仍在安裝。[169]

參見

注釋

  1. ^ A36鋼（英語：A36 steel）屈服強度介於36000至100000磅力每平方英寸。

參考文獻

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來源

外部連結

40°42′42″N 74°00′49″W / 40.71167°N 74.01361°W / 40.71167; -74.01361

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