ساخت مرکز تجارت جهانی
روند طراحی > عناصر طراحی > طراحی سازه

به عنوان یک آژانس بین ایالتی، اداره بنادر مشمول قوانین و مقررات محلی شهر نیویورک از جمله کدهای ساختمانی نمی‌شد. با این وجود، اداره بنادر به معماران و مهندسین سازه نیاز داشت که کدهای ساختمانی شهر نیویورک را رعایت کنند. در زمانی که مرکز تجارت جهانی برنامه‌ریزی شده بود، کدهای جدید ساختمان برای جایگزینی نسخه ۱۹۳۸ که هنوز برقرار بود، ابداع شد. مهندسین سازه به دنبال نسخه‌های پیش نویس کدهای ۱۹۶۸ ساختمان که جدید و شامل «تکنیک‌های پیشرفته» در طراحی ساختمان بود به استفاده از کدهای نسخه ۱۹۳۸ پایان دادند.
برج‌های مرکز تجارت جهانی شامل بسیاری از نوآوری‌های مهندسی سازه در طراحی و ساخت آسمان خراش‌ها بود که به ساختمان‌ها اجازه می‌داد به ارتفاعات جدیدی برسند و بلندترین ساختمان‌ها در جهان شوند. به‌طور سنتی، برای انتقال بارهای ساختمان در آسمان خراش‌ها، از اسکلتی متشکل از ستون‌هایی که در همه قسمت‌های داخلی توزیع شده بودند، استفاده می‌کردند و ستون‌های داخلی فضای طبقه را مختل می‌کردند. مفهوم سازه قاب به شکل تیوب، که قبلاً توسط مهندس سازه بنگلادشی-آمریکایی فضلور رحمان خان معرفی شده بود، یک نوآوری اساسی بود، که تأمین پلان‌های باز طبقات و فضای بیشتری برای اجاره را امکان‌پذیر کرد. در این ساختمانها از ستونهای فولادی پیرامونی با مقاومت و باربری بالا استفاده می‌شد که به عنوان خرپاها عمل می‌کردند. گرچه خود ستون‌ها سبک‌وزن بودند، اما نزدیک هم جانمایی می‌شدند و یک سازه دیواری با مقاومت بالا و صلب را تشکیل می‌دادند. در هر طرف ساختمانها ۵۹ ستون پیرامونی وجود داشت که با فاصله کم از یکدیگر قرار داشتند.در کل، دیوارهای محیطی برجها ۲۱۰ فوت (۶۴ متر) در هر طرف، و گوشه‌های آن به شکل پخ زده بود. ستونهای محیطی به منظور انتقال تقریباً تمام بارهای جانبی (مانند بارهای باد) و ستونهای هسته تیوب اصلی برای  انتقال بارهای ناشی از وزن طراحی شده‌اند. تجزیه و تحلیل سازه ای بخشهای عمده مرکز تجارت جهانی توسط IBM ۱۶۲۰ انجام شد.
سازه محیطی با استفاده گسترده از قطعات مدولار پیش ساخته تشکیل شده‌است که شامل سه ستون با ارتفاع سه طبقه است که به وسیله صفحات اسپندرل متصل شده‌است. ستونهای پیرامونی دارای مقطع مربع شکل بودند، که هر ضلع مربع، به طول ۱۴ اینچ (36 cm) بود و از صفحات فولادی جوش داده شده ساخته شده‌اند. ضخامت صفحات و درجه فولاد سازه ستون‌ها نسبت به ارتفاع برج متفاوت بود، و مقاومت فولاد ستون‌ها از ۳۶۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ پوند در هر اینچ مربع (۲۶۰ تا 670) MPa) بود.
مقاومت فولاد و ضخامت صفحات فولادی ستون‌ها با افزایش ارتفاع، کاهش داده شد زیرا بارهای ناشی از سازه در طبقه‌های بالاتر، کمتر بوده و در طبقات پایین‌تر با افزایش جرم ناشی از طبقات بیشتر، بار ناشی از آن‌ها هم بیشتر است.  طراحی قاب به فرم تیوب، باعث شد که فولاد مصرفی سازه ساختمان به میزان ۴۰ درصد نسبت به طرح‌های معمول سازه ساختمان‌ها کاهش یابد. از طبقه ۷ تا سطح زمین و پایین‌تر تا شالوده، فاصله ستون‌ها از یکدیگر، برای تأمین فضای لازم برای درهای ورودی، ۱۰ پا (۳متر) در نظر گرفته شده‌اند.   همه ستون‌ها روی سنگ بستر قرار گرفتند، که در عمق۶۵–۸۵ پا (۲۰–۲۶ متر)، در زیر سطح زمین قرار دارد، برخلاف Midtown Manhattan، که در آنجا سنگ بستر در عمق کم است.
برای ایجاد قطعات مدولار، صفحات اسپندرل که عموماً با عمق ۵۲ اینچ (۱٫۳متر) می‌باشند، خارج از سایت و در کارگاه ساخت، به ستونهای خارجی جوش داده شده بودند. عرض هر یک از قطعات مدولار، ۱۰ فوت (۳٫۰متر) و ارتفاع آن ۳۶ پا (۱۰٫۹ متر) بود و دو طبقه کامل و نیمی از دو طبقه دیگر شامل می‌شد.   مدول‌های مجاور در کنار هم، به هم پیچ شده، و در میانه دهانه، ستون‌ها و صفحات اسپاندرل به هم وصله می‌شدند. صفحات اسپاندرل در هر طبقه قرار داشتند و تنش برشی را بین ستونها منتقل می‌کردند و آنها می‌توانستند در مقاومت در برابر بارهای جانبی با یکدیگر کار کنند. به غیر از طبقات تأسیساتی، اتصالات بین مدول‌های مجاور در امتداد عمودی جابجا شده بودند، به طوری که وصله ستون‌ها در بین مدول‌های مجاور در یک طبقه نبود.
هسته اصلی این ساختمان شامل آسانسورها و شفت‌های ابزار، سرویسهای بهداشتی، سه راه پله و سایر فضاهای پشتیبانی می‌باشد. هسته هر برج یک منطقه مستطیل شکل به ابعاد ۸۷ در ۱۳۵ پا بود (۲۷ در ۴۱ متر)، و شامل ۴۷ ستون فولادی بود که از سنگ بستر تا به بالای برج امتداد داشتند.ستون‌ها بعد از طبقه ۶۶ به صورت ماهیچه ای تغییر مقطع داده شده‌اند، به طوری که در طبقات پایین از مقاطع جعبه ای جوش داده شده تشکیل شده بودند، به مقاطع پروفیل‌های بال پهن پیش ساخته در طبقات فوقانی تبدیل شدند. هسته سازه ای برج شمالی در امتداد محور طولی از شرق به غرب جانمایی شده‌است، در حالی که هسته سازه ای برج جنوبی در امتداد شمال به جنوب جانمایی شده‌است. همه آسانسورها در این هسته‌ها قرار داشتند. هر ساختمان دارای سه راه پله بود، که آن‌ها نیز در هسته‌ها قرار داشتند، به جز در طبقات تأسیساتی که دو راه پله بیرونی به‌طور موقت، به منظور اجتناب از تلاقی با اتاقهای مخصوص تأسیسات آسانسور از هسته خارج شده و سپس با استفاده از یک راهرو انتقال، مجدداً وارد هسته شدند.  این ترتیب جانمایی باعث شد که راه پله A (به انگلیسی: Stairwell A)از برج جنوبی در ۱۱ سپتامبر ۲۰۰۱، پس از برخورد هواپیما باز هم قابل عبور و مرور باشد.
فضای بزرگ و بدون ستون بین محیط و هسته، توسط خرپای کف پیش ساخته پل گذاری شده بود. کفهای طبقات، بار ناشی از وزن خود و همچنین بارهای زنده را به تکیه گاه‌ها منتقل می‌کردند. کفها همچنین باعث پایداری جانبی دیوارهای بیرونی شده و بارهای ناشی از باد را در بین دیوارهای خارجی توزیع می‌کردند. کفها از ۴ اینچ (۱۰ سانتیمتر) دال بتنی سبک و ضخیم ریخته شده بر روی یک عرشه فلزی موجدار، همراه با اتصالات برشی برای عملکرد کامپوزیت، تشکیل شده‌اند.شبکه ای از خرپاها ی سبک برای پل گذاری، همراه با خرپاهای اصلی، بارهای ناشی از کف را به تکیه گاه‌ها منتقل می‌کردند. طول دهانه خرپاها، در مناطق با دهانه طولانی ۶۰ فوت (۱۸ متر)، در ناحیه با دهانه کوتاه ۳۵ فوت (۱۱ متر) بود.  خرپای متصل به محیط در ستون‌های متناوب، و در ۶ فوت ۸ اینچ (۲٫۰۳ متر) مراکز. یال بالایی خرپاها به نشیمن‌های جوش داده شده به اسپندرل‌ها در قسمت بیرونی، و یک نبشی جوش داده شده به ستون‌های اصلی هسته قسمت داخلی، پیچ شده‌است. کفها با میراگرهای ویسکوالاستیک به صفحات اسپندرل پیرامونی متصل شده بودند که این امر باعث می‌شود که ساکنین میزان نوسانات را در ساختمان کمتر احساس کنند.
خرپاهای کلاه (یا "خرپای بزرگ") که از طبقه ۱۰۷ به بالای ساختمان‌ها واقع شده‌اند برای انتقال بار ناشی از یک آنتن بلند ارتباطی که در بالای ساختمان نصب شده، طراحی شده‌اند.  فقط برج شمالی، مرکز تجارت جهانی شماره ۱، در واقع آنتن مجهز داشت، که در سال ۱۹۷۸ اضافه شد. سیستم خرپایی شامل شش خرپا در امتداد محور طولی هسته و چهار خرپا در امتداد محور کوتاه بود. این سیستم خرپایی امکان توزیع مجدد بار بین ستونهای پیرامونی و هسته را فراهم کرده و تکیه گاه برج انتقال می‌باشد.