揚州中學生獲科創“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。經過半年多的實踐和研究，他們發現，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新培源獎（省長獎），全省僅三家單位獲此殊榮。 比賽中偶然發現激發興趣 去年年底，2014年國際青少年創新設計大賽中國賽區復賽在北京舉行，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境，設計了南極科考站的結構模型，并進行現場測試和成果展示。經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人發現，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？這更激發了孩子們的探索欲望。 利用課余時間，3人先通過網上查詢，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，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，根據結論，他們發現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揮最大的價值。” |
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