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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

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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

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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。

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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,两面可
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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。

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(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。

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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。

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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。
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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 以在烈度不是很大的地震中使宅男迅速、安全地逃生。每个设计亦可推广运用到
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普通的家庭家具安排中,实用性较广。

五.感谢
在本论文的最后, 我们要衷心感谢主办方提供给我们这一次展示与发展的机 会, 让我们收获颇丰; 感谢评委老师认真读完我们的论文, 听我们的报告。 同时, 也要感谢每一位参与到本次活动中的小组成员, 是大家的共同努力让我们成功完 成任务。最后也要在此感谢我们的带队老师,以及每一位帮助过我们的同学。

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