Самолеты, которые врезались в башни-близнецы, не были «Боингами-707», на основании габаритов которых инженеры делали расчеты за 30 лет до трагедии. Это были более крупные модели «767», и в них было больше топлива. При столкновении топливо загорелось, и из-за состава топлива, деталей самолетов, столов и других горючих предметов в здании стальные колонны раскалились. При нагревании сталь начинает плохо себя вести: крошечные кристаллики, из которых состоит материал, приходят в возбуждение и начинают двигаться, из-за чего прочные соединения между ними расслабляются. Расслабленные соединения делают металл мягким. Поэтому горячая сталь слабее холодной стали и не может выдерживать ту же нагрузку. 11 сентября на колонны, соседние с местами повреждения, пришлась большая нагрузка, потому что на них воздействовала не только та же сила, что и обычно, но и та, которая перераспределилась с их пострадавших соседей. Стальные колонны и горизонтальные балки были обработаны специальной краской с минеральными волокнами, которые защищали сталь от возгораний и перегрева. Но крушение самолета и осколки мусора повредили слой защитной краски, из-за чего большие участки стали оказались незащищенными. Температура колонн по периметру башни поднялась еще выше.
Стальные колонны в сердцевине тоже неестественно перегрелись. От остального здания сердцевину отделяли два слоя гипсокартона (панелей из гипсовой штукатурки, зажатой между двумя плотными листами картона). Смысл был в том, что в случае пожара огонь не сможет проникнуть в сердцевину через эти два слоя, так что люди смогут пройти в безопасную зону и эвакуироваться из здания по лестнице. Но гипсокартон оказался поврежден, из-за чего колонны в сердцевине оказались подвержены огню, и предполагаемый безопасный путь эвакуации оказался заблокирован.
Колонны становились все слабее и слабее, и, когда температура достигла 1000°C, они не выдержали. Они больше не выдерживали нагрузку и стали гнуться.
В конце концов колонны совсем обрушились, и часть здания над ними оказалась уязвима к воздействию гравитации. Этаж над упавшими колоннами рухнул. А этаж, на который он приземлился, не выдержал такой нагрузки и тоже обрушился. Этажи рушились один за другим, как кости домино, и катастрофа Кэннинг-Тауна повторилась, только в гораздо более поразительных масштабах – этажи обрушились, а за ними и обе башни. Противопожарная защита – краска и слои гипсокартона – не соответствовала масштабам и интенсивности возгорания.
С того дня проектирование небоскребов сильно изменилось. Теперь мы следим за тем, чтобы пути эвакуации были защищены более надежно. Легче всего этого добиться, если строить сердцевину здания из бетона, а не из стали, так что между огнем и безопасной зоной будет не слабая гипсокартонная стена, а прочная бетонная.
Бетон не является хорошим проводником: он плохо проводит тепло, а это значит, что ему нужно больше времени на нагревание. Однако для укрепления бетона в него вставляют стальную арматуру. Вот она как раз хорошо проводит тепло, и это создает инженерам проблемы. При пожаре стальная арматура накаляется, и тепловая энергия быстро распространяется по всей длине прутьев, а бетон вокруг них медленно нагревается. Горячая сталь расширяется быстрее, чем более холодный бетон, из-за чего внешние слои бетона трескаются и лопаются. По этой же причине трескаются стаканы из толстого стекла, если налить в них горячую воду: внутренний слой стекла сильно нагревается и расширяется, а внешний остается холодным, потому что стекло, как и бетон, плохо проводит тепло. Поскольку внутренний слой расширяется и создает дополнительную нагрузку на внешний, внешний слой трескается.
Благодаря экспериментам и испытаниям мы знаем, сколько времени нужно на то, чтобы бетон передал тепло стальной арматуре, и сколько нужно на нагревание арматуры, которая повредит бетон. Поэтому мы помещаем арматуру настолько глубоко в слой бетона, чтобы успеть потушить пожар до того, как внешний слой бетона треснет. Благодаря этому у людей будет достаточно времени, чтобы покинуть здание по эвакуационному пути внутри бетонной сердцевины, а пожарные успеют взять пламя под контроль, пока здание не рухнуло. Чем выше и больше здание, тем дольше эвакуация, и тем глубже сталь должна находиться в бетоне. Всего несколько сантиметров играют важную роль.