เลโก้ บล็อกต่อบล็อก ทีละชิ้นส่วนพลาสติก เด็กและผู้ใหญ่ทั่วโลกแข่งขันกันสร้างโครงสร้างเลโก้ ที่สูงที่สุดใน โลก ผู้ทำลายสถิติล่าสุดคนหนึ่งซึ่งมีความสูง 31.09 เมตร ใช้บล็อกประมาณ 500,000 บล็อก เพื่อลอยสูงขึ้นไปในอากาศของเมือง แต่สำหรับพวกเราที่ไม่ต้องการทำลายสถิติ การสร้างการออกแบบที่มีความสูงฟุตนั้นต้องพิจารณาอย่างรอบคอบ โครงสร้างจะสมดุลและไม่พลิกคว่ำหรือไม่ ฐานกว้างพอที่จะรองรับได้หรือไม่ การต่อเลโก้สามารถต้านทานแรงธรรมชาติหรือแม้กระทั่งแมวครอบครัวได้หรือไม่
การเล่นและทดลองต่อเลโก้ขยายเวลาออกไปไกลกว่าวัยเด็ก ในความเป็นจริง บล็อกและผลิตภัณฑ์เหล่านี้นำเสนอโอกาส ในการเรียนรู้พื้นฐานของวิศวกรรมโครงสร้าง ซึ่งเป็นสาขาที่ผู้เชี่ยวชาญตรวจสอบคำถามที่คล้ายกัน ในขณะที่สร้างอาคารสะพานรถยนต์ เขื่อน สนามกีฬา และโครงสร้างขนาดใหญ่อื่นๆ อาณาจักรเลโก้ที่สุดยอดและวิศวกรรมโครงสร้าง ในโลกแห่งความเป็น จริงมีสองสิ่งที่เหมือนกัน ความเข้าใจในฟิสิกส์และความคิดสร้างสรรค์
ตราบใดที่ทราบข้อจำกัดของวัสดุที่ใช้งาน จะมีปัญหาน้อยลงในการสร้างพลาสติก และบางทีอาจเป็นโครงสร้างอื่นๆ เมื่อก้าวหน้ามากขึ้น มาตราส่วนคือทุกสิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากต้องการสร้างแบบจำลอง สถานที่สำคัญหรืออาคารที่มีชื่อเสียง การสร้างเพื่อปรับขนาด แนวคิดเรื่องขนาดมีความสำคัญต่อทั้งการสร้าง เลโก้และวิศวกรรมโครงสร้าง ท้ายที่สุด ต้องการสร้างบางสิ่งที่ใหญ่พอ สำหรับมินิฟิกเกอร์ของเล่น และผองเพื่อนของเขาใช่ไหม
แนวคิดเดียวกันนี้ใช้กับวิศวกร ที่สร้างพื้นที่ขนาดใหญ่พอที่ จะรองรับจำนวนคนที่ต้องการได้ แม้จะพิจารณาถึงผลลัพธ์สุดท้ายแล้ว มีเหตุผลที่สำคัญกว่าในการคิดเกี่ยวกับขนาด มันต้องมีการวางแผนและสร้างแบบจำลองโครงสร้าง ก่อนที่จะจัดการกับของจริง ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับวิศวกรโครงสร้างและสถาปนิก สมมติว่าต้องการสร้างหอไอเฟลจำลองด้วยตัวต่อ เลโก้ ก่อนที่จะรวบรวมจำนวนชิ้นส่วนที่ต้องการ เป็นความคิดที่ดีที่จะกำหนดขนาดของโครงการ
ขนาดของโครงการสิ่งนี้ ช่วยให้สร้างส่วนสำคัญของโครงสร้างด้วยอิฐในระดับที่เล็กลง การสร้างตามขนาดยังทำให้วัสดุก่อสร้างมีมุมมอง ซึ่งต้องยอมรับข้อจำกัดของมัน ยิ่งโครงสร้างใหญ่เท่าไหร่ ก็ยิ่งเพิ่มส่วนโค้งและส่วนโค้งเข้าไปได้ แม้ในขณะที่ใช้อิฐสี่เหลี่ยมก็ตาม หากพร้อมสำหรับความท้าทายเป็นพิเศษ สามารถใช้คณิตศาสตร์เพื่อลดขนาดโปรเจกต์ เลโก้ ก่อนหน้าได้โดยแบ่งส่วนต่างๆ ออกเป็นขนาดที่จัดการได้มากขึ้น ท้องฟ้ามีขีดจำกัด แม้แต่กับผลิตภัณฑ์เลโก้
แต่โครงสร้างใช้งานได้หรือไม่ ในข้อจำกัดในการโหลด ซึ่งข้อจำกัดในการโหลดอาจส่งผลต่อวิธีการที่วิศวกรโครงสร้างเข้าใกล้โครงการที่กำหนด แม้ว่าคำนี้อาจฟังดูไม่คุ้นเคย แต่โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นวิธีตั้งคำถามว่าจะเกิดอะไรขึ้น เมื่อน้ำหนักหรือปัจจัยอื่นๆ กระทำต่อโครงสร้างหรือวัตถุ เมื่อใช้ตัวต่อเลโก้จะสามารถนึกภาพหลักการพื้นฐาน 2 ประการ ที่วิศวกรพิจารณาได้ดีขึ้น การโหลดแบบคงที่และการโหลดแบบไดนามิก การโหลดแบบคงที่รวมถึงน้ำหนักและแรงกดบนโครงสร้างในขณะที่อยู่นิ่ง
ในขณะที่การโหลดแบบไดนามิกหมายถึงแรงภายนอกที่กระทำต่อโครงสร้างในขณะที่มีการใช้งาน ตัวอย่างเช่น อาคารทุกหลังมีข้อจำกัดทางกายภาพสำหรับสิ่งที่รองรับได้ เช่น ความสามารถในการรับน้ำหนักคงที่ แล้วสิ่งที่เคลื่อนที่ได้มากกว่านั้นล่ะ เช่นเครื่องบินที่สร้างขึ้นมาเพื่อรองรับผู้โดยสารและสภาพการบินที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา วิศวกรต้องพิจารณาปัจจัยเหล่านี้เพื่อให้แน่ใจว่าเมื่อเครื่องบินโหลดแบบไดนามิก
พร้อมคนและกลางอากาศ เครื่องบินจะปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ หากต้องการทดสอบข้อจำกัดในการโหลดแบบไดนามิก ให้สร้างสะพานเลโก้แล้วใช้รถควบคุมระยะไกลหรือรถกล่องไม้ที่มีน้ำหนักต่างๆกัน เพื่อดูว่าสิ่งเหล่านี้ส่งผลต่อโครงสร้างอย่างไรเมื่อเคลื่อนผ่าน คานตัวใดตัวหนึ่งหักงอภายใต้น้ำหนักที่เพิ่มขึ้นหรือไม่ การเล่นกับการโหลดแบบไดนามิกนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าการอ่านในหนังสือแบบเรียน ซึ่งน้ำหนักและตัวเลขไม่สามารถจับต้องได้
ต่อไปเราจะพูดถึงสิ่งที่ผู้สร้างเลโก้ที่จริงจังทุกคนจำเป็นต้องรู้ การรู้วิธีใช้ตัวต่อเพื่อเสริมความแข็งแรงของโครงสร้างจะไม่เพียงแต่ทำให้ได้เปรียบในขณะที่ใช้ผลิตภัณฑ์เลโก้แต่ยังสามารถช่วยให้รวบรวมสมองเกี่ยวกับโครงสร้างที่ซับซ้อนทั่วทั้งชุมชนเลโก้ สมมติว่าสร้างหมู่บ้านขนาดจิ๋วที่แปลกตาและตระหนักว่าอาคารหลังหนึ่งไม่มั่นคงนักและอาจโค่นล้มได้ เมื่อหยิบมันขึ้นมา จะรู้ว่ามันยังค่อนข้างสมบูรณ์ ควรทิ้งมันไหม ดูว่าสามารถให้การสนับสนุนเพิ่มเติมผ่านการค้ำยัน
หรือเพิ่มชิ้นส่วนเพิ่มเติมเพื่อการสนับสนุน สำหรับวิศวกรโครงสร้าง โครงถัก เสา และคานควรทำตามเคล็ดลับ แต่หมุดตัวต่อและเพลาจะให้การสนับสนุนเพิ่มเติมสำหรับตัวต่อเลโก้ของเขา นอกจากนี้ ควรถามตัวเองด้วยว่า วางชิ้นส่วนที่ไม่ตรงกันหรือสร้างด้วยอิฐชนิดเดียวกันซ้อนทับกันหรือไม่ การใช้ชิ้นส่วนประเภทเดียวกันในการซ้อนกันเป็นกลยุทธ์ที่ดีในการทำให้โครงสร้างมีเสถียรภาพมากขึ้น รูปแบบทางภูมิศาสตร์และสภาพอากาศมีอิทธิพลต่อวิธีที่วิศวกรสร้างโครงสร้าง
เงื่อนไขเหล่านี้จะใช้ผลิตภัณฑ์เลโก้ได้อย่างไร วิศวกรโครงสร้างและสถาปนิก ทั้งสองอาชีพจะทำงานอยู่ด้วยกัน แต่รูปแบบการทำงานของทั้งสองจะแตกต่างกัน บ่อยครั้งที่สถาปนิกออกแบบและทำงานร่วมกับวิศวกรโครงสร้างเพื่อตรวจสอบความปลอดภัยและประสิทธิผลของแผน การออกแบบรอบๆธรรมชาติ ในการแข่งขันและการทดลองด้วยภาพหลายรายการได้ใช้โครงการเลโก้เพื่อจำลองหลุมพรางของวิศวกรรมโครงสร้างใน
ระหว่างเหตุการณ์ทางธรรมชาติ เช่นแผ่นดินไหว ผู้เข้าแข่งขันจะได้เรียนรู้ว่าการรับแรงแผ่นดินไหวหรือความเครียดเพิ่มเติมที่อาคารต้องเผชิญระหว่างเกิดแผ่นดินไหวส่งผลต่อโครงสร้างขนาดเล็กอย่างไร สิ่งที่ทั้งผู้สร้างเลโก้และวิศวกรโครงสร้างยอมรับร่วมกันคือการสร้างแบบจำลองที่ทนทาน หรือแม้แต่อาคารจริงสำหรับเรื่องนั้น จำเป็นต้องเข้าใจช่วงของคลื่นไหวสะเทือนและปัญหาที่เกิดขึ้น เนื่องจากบางพื้นที่ในภาคตะวันตกเฉียงเหนือประสบทั้งแผ่นดินไหวความถี่ต่ำและความถี่สูง
วิศวกรจึงถูกท้าทายให้ออกแบบโครงสร้างอาคารที่สามารถต้านทานได้ทั้งสองอย่าง ในการสร้างอาคารที่แข็งแรงขึ้น สามารถช่วยในการต้านแรงสั่นสะเทือนได้ นักเรียนจะประดิษฐ์โครงสร้างที่มียอดที่หนักกว่าหรือใส่โครงค้ำยันระหว่างชั้นหรือชั้นต่างๆของอาคาร เช่นเดียวกับที่ทีมวิศวกรโครงสร้างจะทำ จากนั้น พวกเขาท้าทายโครงสร้างของพวกเขาโดยวางไว้ในเครื่องจำลองแผ่นดินไหวเพื่อดูว่าการออกแบบใดดีที่สุด แนวคิดคือการปล่อยให้นวัตกรรมซึ่งตามธรรมชาติเข้ามาแทนที่
เนื่องจากบางโครงการนำเสนอแนวคิดใหม่ที่ควรค่าแก่การทดสอบในระดับที่ใหญ่ขึ้น ความตึงเครียดและการบีบอัด สะพานบางแห่งดูเหมือนท้าทายฟิสิกส์ โดยมีชิ้นส่วนขนาดมหึมาลอยอยู่กลางอากาศ กลายเป็นแนวคิดเดียวกันที่ทำให้สิ่งนี้เป็นไปได้ด้วยขนาดที่เล็กลงกับโครงการเลโก้ที่บ้าน แรงดึง แรงดึงบนวัสดุ และแรงอัด แรงกดบนวัสดุ ทำให้โครงสร้างหลายอย่างลอยตัวได้ สำหรับผู้ชื่นชอบเลโก้ สามารถลองระงับบางส่วนของโครงสร้างด้วยการสร้างส่วนโค้งและสะพานเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสะพานลอยใช้แรงดึงและแรงกดเพื่อให้งานสำเร็จลุล่วง สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงความแข็งของวัสดุด้วย เนื่องจากจะรับแรงกดมากหรือน้อยเมื่ออยู่ภายใต้แรงกดเพิ่มเติม
บทความที่น่าสนใจ : สมอง อธิบายประเภทความรุนแรงของสมองพิการและการรักษาสมอง
