扬州中学生获科创“省长奖” 研究建筑如何更省材料
| 五亭桥为什么是多棱形？南极科考站为什么是圆形？建筑的内部奥妙吸引了扬州市树人学校初二（1）班的3名学生。经过半年多的实践和研究，他们发现，原来建筑的结构形状影响着建筑物承重、抗压等多种因素，并设计出建筑结构形状承重率的运算公式。不久前，3名扬州中学生的研究课题获得了江苏省人民政府青少年科技创新培源奖（省长奖），全省仅三家单位获此殊荣。 比赛中偶然发现激发兴趣 去年年底，2014年国际青少年创新设计大赛中国赛区复赛在北京举行，在众多选手中，来自扬州树人学校初二年级的韦康、戴苇杭和申一民3人也位列其中，他们带着自己的作品积极备赛。 他们参赛的项目是围绕南极的地理环境，设计了南极科考站的结构模型，并进行现场测试和成果展示。经过承重等多项测试后，3名中学生最终确定了一个接近圆形结构的建筑结构模型。最终他们的项目获得了中国赛区复赛的综合一等奖。 比赛结束后，3人在庆祝成功的同时也有了新的思考：为什么南极地区的科考站大多是圆形建筑？他们推测可能是出于保温，也可能是那里特殊的环境。带着这样的疑问，3人开始从结构模型的两个设计指标的影响因素、测量方法入手，进行实验研究。 利用课余时间进行研究测试 带着新的疑问，细心的3人发现，不只是南极的科考站，就连身边的瘦西湖五亭桥、山上的一些寺庙建筑都和平常见到的建筑结构不一样，建筑结构究竟有着怎样的奥秘？这更激发了孩子们的探索欲望。 利用课余时间，3人先通过网上查询，了解结构设计的一些基本知识，然后从初中生的知识储备出发，模仿初中物理比值法的要领，提出了承重比例和面积比例这两个设计指标的新概念，并从其概念内涵和影响因素等问题入手，进行研究。 在指导老师的帮助下，3名中学生决定通过做一些建筑的模型进行测试。“测试的主要考核对象是模型的承重比例和面积比例。”指导老师方松飞告诉记者，承重比例的概念内涵是所设计的结构模型在测试情况下的压力效应；而面积比例概念内涵是结构模型的平面利用效益，其实际意义是对建筑面积利用效果的效益评价。 研究结论对建筑设计具实际意义 理论有了，那这样的理论在实际研究中有何作用呢？ “在研究后我们得出结论，结构模型（正多棱柱）的承重比例与面积比例都随着其棱数的增大而升高。用承载力大、密度小的材料制作的结构模型，其承重比例大；高度低、边长小、整体性好的结构模型，其承重比例大。”韦康表示，根据结论，他们发现三棱柱结构的建筑物或构筑物基本没有，而四棱柱结构的民居较普遍，五棱柱和六棱柱的亭台楼阁很常见。 “高层建筑和大型建筑都采取整体性好的框架结构和具有强度高、密度小的新型材料；在恶劣环境下施工的建筑通常采用梁柱结构，但为了确保其具有较高的承重比例和面积比例，其外形通常接近于圆柱形，如中国在南极的第四个科考站泰山站的主楼。” “孩子们的研究结论在实际生活中，可以应用到如何用最少的材料起到最大的效能中。”方松飞告诉记者，现在很多人在建造房屋时喜欢用最粗的钢筋，但钢筋真的是越粗就越结实么？其实这样的建筑设计就会运用到这一理论。“未来的设计理念就是要花最少的成本来发挥最大的价值。” |
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