2012年全国青少年科技创新大赛防震结构设计大赛(高二3班)

第二十八届天水市青少年科技创新大赛参赛作品 参赛题目：宅女马一丹的房间防震设计 参赛人：马一丹 指导教师：刘岳 学校班级：天水市八中高二 3 班 完成时间：2012.11 目 录 一、绪论 3 二、设计及制作过程 4 初期定位 4 中期成形 4 （一）三角旋转橱 4 （二）翻斗乐防震床 6 （三）U 型宅男桌 7 后期改进 8 三、制作及选材 8 四、总结 9 五、感谢 9 第 3 页 一绪论 近年来，日渐频发的地震使得人们蒙受了巨大的损失与伤痛。2008 年的 5.12 大地震、青海玉树地震、海地地震、日本福岛地震地震伤亡无疑是我 们最不愿意看到的景况，这使得抗震防震成为社会的热点话题。 同时，随着信息技术的高速发展，越来越多的宅人涌现了出来。很多年轻 人更喜欢“宅”在家里，通过网络与外面的世界联系。他们每天大部分时间都 坐在电脑桌前，亦或是窝在床上。这就使得家庭避震成为了一个重要的话题。 在小组的第一代、第二代模型制作过程中，我们逐步发现，卧室避震十分 重要(见 设计及制作过程 )。卧室也是宅人们在家中活动最多的地方。地震发生 时，如何构建一个合理的卧室，使宅人们在卧室中可以完成自救，还能不影响 其“宅”的特性，成了一个值得每一个设计者思索的问题。本次正方形小组 “哲辉之家”的设计分别从床，桌子和橱，共三个部分，安排在一间 3.6M*4.8M*2.4M 的卧室中，提供了震中卧室自救的可能，可以使宅男在最短 的时间内进入安全的地带，达到防震的功能。 二设计及制作过程 初期定位 设计初期，我们小组制作了一个整套式公寓，如下图所示： 制作过程中，我们发现通常建议的避险空间，如厕所、厨房，有过多易碎 品，且不是经常呆的地方，不适合轻度地震的躲避。而客厅的面积又过大，易 坍塌。渐渐我们发现，较小的卧室适合在进行家具改造后躲避。 中期成形 确定小卧室的躲避后，我们结合新时代宅男的特性，针对悬挂物坠落、书 橱桌椅倾倒、睡眠时难躲避三个问题，设计了三个避险空间，如下： （一）三角旋转橱 橱柜往往在卧室中占有了很大的体积，但在地震发生时却容易发生倒塌， 尤其是宅男的橱上书籍很多，易造成砸伤。相反，如果将橱柜改造，有力地为 我们所用，则会成为很好的支撑点与避震区域。故我们结合模型房间大小、利 用率等各方面条件，做出了三角旋转橱的设计。 该设计高达 2.4 米，与房间等高，在房间整体结构不被破坏的情况下，该 橱绝对不会倾倒。橱中间有一根加固的轴心，上承屋顶下接地面，做了必要的 加固，一定程度上也加固了房屋本身的结构。书橱模仿旋转门设计，共分三面， 第 5 页 两面可放置宅男的众多物品，第三面经特殊处理，上半部分为轻钢和弹簧构建 的支撑减压结构，下半部分为地震时的避险空间，并开一小门。地震来临时， 站立的人可以迅速将避险面旋转出来，再旋转进入避险空间。这一过程没有复 杂的机关，方便躲避。沉重的转轴、加固的书橱和内墙墙角共同构建了该稳固 的避险空间。为防止地震时旋转橱被杂物卡住，在橱的避险面上开有一小门可 以紧急进出。若无法在地震结束后顺利逃出，空间内置有紧急用品和食物、水， 可供一定时间的躲藏。 旋转橱本身就是节约空间的设计，可以放置各种书籍杂物，较高的橱里可 以放置轻一点的盒子等，不会因为避险空间的形成而造成空间的浪费。利用高 大的橱体，尤其是转轴的支撑以及旋转设计，使该避险空间形成稳固、安全的 三角区域，且不影响平时使用，兼具美观、实用、创意于一身。 模型制作过程：用木棒制作转轴，用纸板和木板制作书橱主体，最后用丙 烯颜料上色。在橱的避险一面上，用木材和弹簧模拟了抗震减压结构，并对橱 体作了一定的加固。 该设计最大创新点在于利用承重转轴与内墙墙角形成的安全空间，模仿旋 转门的便捷进入，为人在地震时提供了一个安全可靠的避险空间。 （二）翻斗乐避震床 床是卧室中必不可少的元素，是最重要的家具之一。对于宅男，巨大的床 更是经常的栖息地。人很难在睡眠中清醒过来，完成过于复杂的避险程序，一 张空旷的床也并不能形成对坠落物的阻截与支撑。所以如果不能在最快的时间 内到达安全的避震区，就容易暴露于坠落、倾倒物体的伤害。 在哲辉之家中，我们将房间接近一半的面积都制作成为高 0.4 米的榻榻米。 巨大的榻榻米后半部分为储物空间，而前半部分被改造成为一个避险空间。该 空间距墙面 0.6 米处为高 0.4 米的内部空心封闭结构，靠墙部分高起与书桌连成 一体，下方为躲避空间。整个结构内部均用交错的木条以特定结构加固，顶部 拟用轻钢条加固。在模型中，此结构用硬卡纸做成拱形模拟。空间内铺有棉花 等减压物。榻榻米最前部有一个可活动的挡板，地震发生时，人可以迅速滚至 挡板处，用身体推开挡板，滚入床底，利用床板做一个有力的支撑。在床外侧， 也同样有一个可活动的挡板，若上部被覆盖打不开，人可以从侧面小门逃出。 避险空间内贮有可供长时间维生的物品，包括药物、食物、水等物品，以及信 号发射器等。而床上的被子、枕头等柔软物可顺势带入避险空间，保护身体。 第 7 页 模型制作过程：用木板和纸板搭建榻榻米的主结构，在避险区域用木条进 行特殊加固，模拟真实家具中的轻钢加固。用纸片制作了侧边挡板并用海绵模 仿减压柔软物。对于榻榻米的剩余空间，则规划了几个储物区域，达到充分利 用空间的目的。 该设计的最大亮点在于简便的逃生设计，可以在地震来临的刹那从床上滚 至安全空间，而且侧面开小门，防止被困在避险空间中，这很大程度上解决了 睡梦中难以清醒逃生的难题。避险空 间的结构加固，可以在现有基础上再进行专业方面改进，使之更加稳固。 （三）U 形宅男桌 寄生于网络世界的生物“宅男”怎么可以没有一张 SUPER 宅男桌呢？为 了让宅男哲辉能在同一张桌子上吃饭、上网、学习，同时又能起到抗震避险的 作用，我们对书桌的如下部分进行了改造： 1.键盘板：普通键盘板采用侧面轨道装置，如果发生地震易砸落伤人。为 解决这个问题，哲辉之家的键盘板轨道被安置在 U 型橱两边的储物橱上方，在 其有落下危险时，橱可以起到有力的支撑作用。如此特殊加固后，键盘板可以 承受砸落下的重物的质量，桌前的人可以在最快的速度内抽出键盘板，侧身躲 在板下，防止被坠落物砸伤。 2.主机：密布的电线是室内很严重的安全隐患，如果主机置于地面的话则 会对躲在桌下的人造成触电等威胁。所以我们把主机置于桌上，将所有的电线 以拉暗线的方式铺设，可有效避免地震时的混乱。 3.书桌 U 形构造：书桌的整体设计成 U 型的稳定结构，并与床连成一体。 三面分别为吃饭、电脑、学习桌。书桌内躲避空间的桌壁以及支撑键盘架的橱 均使用特有木条结构加固，使避险空间稳固安全。 模型制作过程：用木板纸板制作书桌主体，木条制作可推拉的键盘板，再 在桌子上用木片制作方格橱，最后对桌子进行总体结构的加固、上色。 本设计的亮点在于利用 U 型结构的稳定构建桌体，顺便满足宅男的懒惰心 理；对键盘板进行了特殊改造，使之架设在两面橱体上，起到承重效果。 后期改进 在全部家具制作完毕之后，我们进行了试组装，发现了如下问题，并予以 了解决： 1. 由于前期计算失误，三角旋转橱无法在规定空间内顺畅转动，如图： 我们比较了各种方案，如重做地板、 改造旋转橱等，最终选择了较方便且不 影响整体效果的方案，即将 U 形桌左 侧锯掉一些，即将宅男吃饭区缩减 （） ，解决了此问题。 2. 黄色的三角旋转橱起初设计是，未考虑因墙壁扭曲及杂物卡住等原因， 让藏在其中的人无法在地震过后逃出。后在避震面加一小门，解决了这 个问题。 3. 原先榻榻米的防震结构是水平的三角结构，在制作过程中遭到同学质疑。 后改为拱形结构，增强其防震性。 第 9 页 三制作及选材 “特殊”的选材 我们的模型为纯手工制作，故选材必须适于切割、粘合。为和现实家具相 似度高，我们选用木材作为模型主体的材料。另外，小部件的制作运用了硬纸 板、瓦楞纸、泡沫塑料、PVC 等，美化用品主要为丙烯颜料、清漆。为了方便 评委老师的观察，我们将天花板做成了有机塑料的透明板，别具一格。 从上海到广州路途遥远，我们的模型被拖运到了广州。本标有“易碎”的 箱子到达广州时，竟被整个倒了过来。又经过了两个多小时的大巴颠簸，当纸 箱子被搬出时，我们担心模型会不会破损。但当箱子启封后，所有零件家具全 都完好无损。可见，普通的选材通过仔细的制作安排，也能成为最“特殊”的 优质材料。 精美的制作 在本次模型的制作过程中，小队成员充分发挥了自己的动手能力和创造思 维，用最普通的材料，制作了高达模型、吉他、椅子、音响以及迷你书本、台 式电脑甚至拖鞋，其精美程度令人叹为观止。这些模型除了外观好看，还具有 很大的真实性。大部分门、窗都是依照实际，做成了可以推拉的结构。每一本 书也都做成了有书皮的精装书。以上两点都达到了“技术宅”超高标准。 四总结 综上，宅男哲辉的房间设计充分考虑到了 21 世纪宅男浪潮下宅男的新要求， 利用了宅男房间中大件家具排布的特点，构建了三个实用性较强的避险空间， 可以在烈度