揚州中學生獲科創(chuàng)“省長獎” 研究建筑如何更省材料
| 五亭橋為什么是多棱形？南極科考站為什么是圓形？建筑的內部奧妙吸引了揚州市樹人學校初二（1）班的3名學生。經(jīng)過半年多的實踐和研究，他們發(fā)現(xiàn)，原來建筑的結構形狀影響著建筑物承重、抗壓等多種因素，并設計出建筑結構形狀承重率的運算公式。不久前，3名揚州中學生的研究課題獲得了江蘇省人民政府青少年科技創(chuàng)新培源獎（省長獎），全省僅三家單位獲此殊榮。 比賽中偶然發(fā)現(xiàn)激發(fā)興趣 去年年底，2014年國際青少年創(chuàng)新設計大賽中國賽區(qū)復賽在北京舉行，在眾多選手中，來自揚州樹人學校初二年級的韋康、戴葦杭和申一民3人也位列其中，他們帶著自己的作品積極備賽。 他們參賽的項目是圍繞南極的地理環(huán)境，設計了南極科考站的結構模型，并進行現(xiàn)場測試和成果展示。經(jīng)過承重等多項測試后，3名中學生最終確定了一個接近圓形結構的建筑結構模型。最終他們的項目獲得了中國賽區(qū)復賽的綜合一等獎。 比賽結束后，3人在慶祝成功的同時也有了新的思考：為什么南極地區(qū)的科考站大多是圓形建筑？他們推測可能是出于保溫，也可能是那里特殊的環(huán)境。帶著這樣的疑問，3人開始從結構模型的兩個設計指標的影響因素、測量方法入手，進行實驗研究。 利用課余時間進行研究測試 帶著新的疑問，細心的3人發(fā)現(xiàn)，不只是南極的科考站，就連身邊的瘦西湖五亭橋、山上的一些寺廟建筑都和平常見到的建筑結構不一樣，建筑結構究竟有著怎樣的奧秘？這更激發(fā)了孩子們的探索欲望。 利用課余時間，3人先通過網(wǎng)上查詢，了解結構設計的一些基本知識，然后從初中生的知識儲備出發(fā)，模仿初中物理比值法的要領，提出了承重比例和面積比例這兩個設計指標的新概念，并從其概念內涵和影響因素等問題入手，進行研究。 在指導老師的幫助下，3名中學生決定通過做一些建筑的模型進行測試。“測試的主要考核對象是模型的承重比例和面積比例。”指導老師方松飛告訴記者，承重比例的概念內涵是所設計的結構模型在測試情況下的壓力效應；而面積比例概念內涵是結構模型的平面利用效益，其實際意義是對建筑面積利用效果的效益評價。 研究結論對建筑設計具實際意義 理論有了，那這樣的理論在實際研究中有何作用呢？ “在研究后我們得出結論，結構模型（正多棱柱）的承重比例與面積比例都隨著其棱數(shù)的增大而升高。用承載力大、密度小的材料制作的結構模型，其承重比例大；高度低、邊長小、整體性好的結構模型，其承重比例大。”韋康表示，根據(jù)結論，他們發(fā)現(xiàn)三棱柱結構的建筑物或構筑物基本沒有，而四棱柱結構的民居較普遍，五棱柱和六棱柱的亭臺樓閣很常見。 “高層建筑和大型建筑都采取整體性好的框架結構和具有強度高、密度小的新型材料；在惡劣環(huán)境下施工的建筑通常采用梁柱結構，但為了確保其具有較高的承重比例和面積比例，其外形通常接近于圓柱形，如中國在南極的第四個科考站泰山站的主樓。” “孩子們的研究結論在實際生活中，可以應用到如何用最少的材料起到最大的效能中。”方松飛告訴記者，現(xiàn)在很多人在建造房屋時喜歡用最粗的鋼筋，但鋼筋真的是越粗就越結實么？其實這樣的建筑設計就會運用到這一理論。“未來的設計理念就是要花最少的成本來發(fā)揮最大的價值。” |
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