藝術的科學支撐

(1)

教材聲:去

藝術的科學支撐

由一件戶外陶藝作品的安置結構設計談起

林{白質

矗 1 戶外裝鏡衛侮藝作 2000 年 3H 生活利校教育 33 卷 3 叫

34

的安全性上，必須有具體的說明。似乎使得原本是﹒件以造形美感作為求位餐請品，受鞘於理拉機能主義的影 c 所幸主要問題撥該在鋼條強度的設計，悔不至於影響到陶瓷作品本體。 J三誰讓我們一起來探尋解決問題的途

貳、支撐結攬承受作品蠶蠱之樣件分析

沒有討論頭定敵為支撐作品結元件的鋼棒，是否能獎;承受嵐

前，先檢視一下鋼條單純承載陶瓷作

(2)

教材敦法 Euler 公式求得: 方 2EI Prc 二:…一+…?一

(KL)l

中方為當數 3.14

E 為彈性係數 1 鋼料彈住係數 2 ， 100 ，

。 OOkg/cm2 )

L 躊講件長度(此處;其 250cm 為間)

I 為轉動攘量(I

πD 是/64

' D

鍋 11菜臨頭直憬，拉薩馬 2cm) K 為者波長度囡數 l 此處自鋼接一端固定於堪言豆、 ;高可皂白擺動，在力

其有效長度目數為 2

)

將衛手亨數據 f-t入公式中可求得臨荷重 Prc 的爵的公斤，亦即只要作品的量不要超過 65 么斤，真可規格攏。 2cm

x

250cm 、心端 @J 定式的攝條尚不致於生控!話，對於作為前 i鑫陶瓷作品的支

槽 f午，仍屬可行。

臨界時不聽柱錦標件之撞盟鰻形表 1 量， ZA 曹&/' ',',',', -e' , .. ', 、 -e EE 壘 ET--P

'

.•

',

r ',

',

-E ',‘‘‘ tit4 '‘‘ .. IIll.-挫路，請形 o聲線表拷屈彎曲形狀〉發效裘皮理論值(草)

2.0

無轉動無啟動轉動可移動

l. 0

無轉動可移動

0.7

轉動無移護主

0.5 方柱端!每 1年

469

，民 7

7

資料來讓:臨戰鑫等月一則 3 叫 3 年一卷沁 m3 仇 VF 句3 2

開育

LVA 叫 b 哼哼是江小 I FT Lhi

35

(3)

事支持戰法 2000 年 3 月生活科技教育 33 卷 3 期

₃₆

部斯頓訂的「建築技禪:境則 j 規定:建築物構造必須能 fß:繁任何方!島之風壓力， 11百所謂風壓力是指建築物構造立向投面橫向:受之壓力，並隨連築物之高度增加而把大。歌所在的桃園地區，在台灣 j武力分級軍中接列為 150 級風力!起，依

該直 9 么尺以下的戶外聽樂物，必須

持承受 110kg/m2_以

_E

_{的風塵力。} _rf僅高聲建吾吾物如如煙悔、水塔等，其具壓力乘以「形狀函數」予以修正，其中斷面形狀為圖形政體聲形者，形狀底數攏。 .6 0 由泣之設計規能可知，本件作

方公尺預計承受之風力至少為 66 公

斤 (110kg/m2

_X

_{0.6) 。至於作品的實際} 向投影醋積，在數學土一個長僅 80 公分、短僅 25 公分的插圖，雷積

1570

平方丘之分 (0.157 平方公尺) ，信Jlt

可推佑每件作品的支撐鋼按在品構設計，其自由路 1 頂端)賄受最 ;J 、外力獲 J;J、

10.36 公斤 (66kg/m

2

_{X O.157m 2)}

自以上分析，將 P

10.36kg

、

L=250cm 、 D=2cm 代入么式，可以計算

出彎躇力校 =3300kg/cm2 0 睹這樣的彎力會不會對鋼揉造成敲壞呢? 材料力學中聽軟鋼 i這類延性材料，拉拉;彎曲作用的唷形較為複雄。肅的說，當攝釋受到彎曲力矩峙，會誼接接彎斷破壞，前是產生所謂的「降伏現象 J

(yield)

，造哎塑性變形，材料不再有足夠的彈性恢握原來的形狀。何 i草樹 1吏延性材料受彎時仗的應力稱為門制、生嘻 jJ

J

'理論上這偶數 fLl~是材料「時伏強度 J 的1. 5 倍。而材料的鋒伏強度是在拉拉實驗中連到降伏點的拉態方數髓，可白相料力學成工程技衛手掃

(4)

等相聽書籍中東得，一般合服暈。;需的

擷材，其鋒伏強安約為 3000kg/cm

2

_,

巨IJ 真彈性應力昂的 00kg/cm2

_(3000kgl

cm2 _XI.5) _{尚可承受該地區風塵力} 錯課間可能形成的 3300kg/cm2_彎應力 o 接

_F

來要探討自材料繞度所建生品晃動問題。在科料力學仁，螺受 tJ 作用處生變形後，樣軸偏離黑位置之

距離稱為撓壇，偏離之最大距離輯

撓度。懸臂棟的自由踹 1i 1 來自於擠眉)武力之{乍照) δmax

P

L3

ù' max= 一…一←明……一

3EI

其中 P 為荷重(放前述輩子風壓力之計

10.36kg)

L 為醫件長度\

250cm )

E 為彈性 f系數 (2 ， 100 多。 00kg/cm

2_j :為轉觀..t質量(方 D4/64

'

D 為主!再條肆、支撐結構元件規格之穆正蘊鵲藉由上這么式可灰白，構件的興下列數(自害關:

一、與與力大小成正止。

、與構件長度的立方成正比。

三、與材料之彈性(系數成反比。

閥、與權摔斷臣註恆的的次方成反比 O 上注影響撓度的因素中，件力大

37 PL3

1=

1[ D4/6 尋 z 3Eδmax 教材教 i去可 lP 、 L 、 E 都 j苦用前面的數攘，只有 ò max 達2 照作者的要求定為 20cm

'

代人公式即可京出誼撞 D

=2.3cm

0 伍肖支撐結構元(牛規格設獻之綜合分析否定 L:，J，作品的 (二)攝祿的規格是否足以支可能意生自守器 (三)鋼 1嘩直守規格是否足以支撐作到風壓力的作用所產生的彎應力。 (四)鋼(樣的規格是否足以讓作品

受自風壓力的作揖所!老生的最

大撓度，控軒在要求的範盟內 Q 一、上述四項要點又以撓度所造成的題嚴重。當作品現佫 J兵及技語地區規定風壓力均成定數時，不考慮減少鍋(每高度的前捷，唯有增朗誦條的醬面薩懼。 2000 年 3 月三1=;污科技教育 33 卷 3 期

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數柯教法顛哥直徑攝{章，

達 32.7 去分，大

20 公分的要求。 '改採髒屆直徑 2.3 去分齡要求。四、改採斷關值得 2.3 公分的鋼條後，臨界挫屈荷重 Prc 白的公斤增 113.7 位斤:原承受風壓力成的最大彎應力 (J' ，則白

3300kg/cm

2_降為

_2169kg/cm

2

_,

全的考量。軒之悴，還有一 f 安全函數 j 的問題。構體時，構持舊定承大再敢問謹放之應力，必須小監斜斜之機械強度(破壞應力)數倍，連常設

人員依材料用途及安全考量，根攝經

驗定出此伯數，稱為安全因數。各種用材料之安全因數參考值如表 2 0 檢闊前斷頭直控為 2.3 位分的鋼諜，其求受作品藍藍產生臨界控!話之全區數的為 6 (1l 3.7kg/20kg) 承受風乎乎聽壞!奮力之安全函數的表 2 常陶材料之安全顫顫參考值材料安全函數(靜待單) 3:織

4

轉織、熱織、軟鋼

3

棋、軟金麟

₅

木材

7

轉、石

20

2000 年 3

FJ

生活科技教符 33 戀 3

WJ

₃₈

主Rf 品之支撐結懂，認者安全之公共建築話講，

llt

可行。際、結語我們常說這是 4 個知識爆炸的代，隨著加深了不同專業領域的個體之，在認知與價值觀上的差異性，即將入二十一世紀的今日，許多多學者們都教育，培養搏雅通的境代醫頁。觀人頭文萌發展的並沒有太深的海溝，靠科學家或發明家的師連文醋，在材料力學的一 a 席之地，因此，當一件月3 美的陶藝作品，藉由理性，來計算其支愕結構的政府規定的安全標準，

參考醬臣

民 88) ，主主主望。

館。政部(民 83)

,

北:茂栗。林伯賢(民 83) ，工藝結構懼。榮。脂搬等(民 77)

,

1L

:大

k 治(民74) ，主主主望。舉北:科技。黨'!J錫蘭譯 (t乏77) ，盤盤里。華北:科技。 (侍者為適立台灣藝街學院工藝系劍教授)

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