藝術的科學支撐

全文

(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

'

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-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

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(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

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

2j :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

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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

(5)

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

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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)

數據

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參考文獻

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