發明 是可以學習的
Gigo 智高 Learning Lab 學習實驗室全系列包含個人包裝及學校包裝，特點如下： 1. 課程以積木為主軸，每堂課都有積木組裝創作。 2. 跳脫傳統教學架構，遊戲競賽中學習創新。
3. 天生我才必有用，兼顧個人學習與團隊分組合作。
4. 課程由淺入深，涵蓋各國生活科學課綱，並與日常生活應用結合。 5. 用積木做實驗，零件可重覆使用，省時省力。
我們希望小朋友透過動手玩積木的過程中，快樂地學習科學知識，培養正確的學習態度及解 決問題的能力，更能將這些知識活用，進而學習創新的技巧與能力。
1
目 錄 前言
1
第 10 課 專題製作 (2)
39
目錄
2
第 11 課 平衡桌
41
零件清單
3
第 12 課 土樓
45
第 1 課 桌子
5
第 13 課 斜張橋
49
第 2 課 小木屋
9
第 14 課 帆船飯店
53
第 3 課 桁架橋
13
第 15 課 專題製作 (3)
59
第 4 課 摩天大樓
17
第 16 課 防震結構
61
第 5 課 專題製作 (1)
21
第 17 課 地震模擬機
65
第 6 課 救生網
23
第 18 課 耐震與免震結構
69
第 7 課 圓形屋
27
第 19 課 阻尼器
75
第 8 課 拱橋
31
第 20 課 專題製作 (4)
81
第 9 課 鐵塔
35
2
零 件 清 單
3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
x40
x30
x20
x30
x10
x20
x12
x12
x12
10
11
12
13
14
15
x6
x6
x6
x12
x12
x12
16
17
18
19
x6
x12
x4
x10
21
20
x20
x20
22
23
24
25
26
27
x16
x2
x24
x24
x20
x1
28
29
30
31
32
33
x1
x4
x2
x1
x2
x2
34
35
36
37
x2
x5
x2
x8
清單：找零件 - 檢查 - 核對 序號
零件名稱
品號
數量
序號
零件名稱
品號
數量
1
B-短結合鍵
7344-W10-C2D
40
20
C-角碼結合器
7410-W10-A1S
20
2
C-長結合鍵
7061-W10-C1R
30
21
C-軸轉接鍵
7410-W10-C1S
20
3
C-軸扣鍵
7413-W10-T1B
20
22
B-6凹正方顆粒
880-W10-N1W
16
4
C-二合一結合鍵
7061-W10-G1W
30
23
SP特多龍線
R39-W85-400D
2
5
C-單向轉接鍵
7061-W10-Y1W
10
24
C-5孔軟性扁長條
7432-W10-A1W
24
6
C-2凸單孔轉向結合器
7430-W10-B1W
20
25
C-7孔軟性扁長條
7432-W10-A2W
24
7
C-3孔圓角長條
7404-W10-C1W
12
26
C-120度梯形結合器
7432-W10-B1W
20
8
C-5孔長條II
7413-W10-K2W
12
27
B-扳手
7061-W10-B1Y
1
9
C-5孔長條側有孔
7413-W10-K3W
12
28
C-8×12底盤
7125-W10-A1SK
1
10
C-5孔圓角扁長條
7443-W10-C1W
6
29
C-5×10孔長方框II
7413-W10-I1W
4
11
C-7孔圓角長條
7404-W10-C2W
6
30
C-60T齒輪
7026-W10-W5Y
2
12
C-7孔圓角扁長條
7404-W10-C3W
6
31
C-曲軸
7063-W10-B3S1
1
13
C-9孔長條
7407-W10-C1W
12
32
C-20T齒輪
7026-W10-D2R
2
14
C-9孔長條側有孔
7407-W10-C2W
12
33
C-40T齒輪
7346-W10-C1B
2
15
C-11孔長條
7413-W10-P1W
12
34
C-27mm馬達短軸
7026-W10-L1W
2
16
C-15孔超長條
7413-W10-Z1W
6
35
C-凸輪連結鍵
7413-W10-S1P
5
17
C-60mmⅡ軸
7413-W10-M1D
12
36
C-100mm橡皮筋
R10-05
2
18
C-100mmⅡ軸
7413-W10-L2D
4
37
F-300mm竹棒
R36#7402-5
8
19
C-軸固定鍵
3620-W10-A1D
10
組裝技巧:
這裡有幾點組裝模型的小技巧，請在組裝模型之前仔細地閱讀一遍。 X《錯誤》未留空隙
更多組裝小技巧，請參考
O《正確》有留空隙
A. 留意組裝長方架與齒輪的間距： 用傳動軸把齒輪安裝在長方框上時一定要讓齒輪、滑 輪、渦輪、鍊輪、凸輪、曲桿等所有智高可做力學傳 動的零件與長方框之間保持適當的距離 ( 約 1 mm)， 這樣才能將摩擦減到最低而動力的傳輸效率提昇到最 高 ( 如上圖所示 )。此外，傳動軸的凸緣必須墊後以 免齒輪掉落。
B. 扳手： 當你想要將你的模型分解開來時，可使用扳 手。操作扳手時，使用扳手的 A 端來拔除紅 色結合鍵；想要拆除自轉軸鍵時，你也可以 使用扳手的 B 端面來撬出自轉軸鍵。
C. 齒輪組： 在模型建置中你常可以看到幾個齒輪組裝成 一排，為了讓模型可以順暢的運作，你必須 將齒輪嚙合得很好，否則就無法讓一個齒輪 傳動的力量帶入到下一個齒輪。
4
1
桌 子
科學 應用
工字結構
桌子，又稱為檯，是一種常見的家具，通常 由一個平面及四個支柱組成，可以放置各 種物品。視需求不同桌子發展出多樣不同 的類型，例如辦公桌、寫字檯、電腦桌、梳 妝檯，講台等。 一張好的桌子可以透過精良的設計提高工 作效率：規劃妥當的抽屜還能綜合歸檔的 功能；完善的配線空間是桌面清潔保持「無線化」 ，讓人們可以將焦點投注在工作上。 某些獨立辦公桌還會提供人性化的服務，直接設置屏風確保個人隱私，給人「這是我 個人的桌子」的感覺。 桌子更關乎使用者的健康。多數的桌子桌面都是以 72-76 公分為標準，與椅子的高 度搭配最為恰當。使用者是否會長期彎腰駝背進而影響健康，除了椅子有責任之外， 桌子也不能免責。
生活應用
工字結構因其結構形狀像漢字「工」而得名， 一般工字結構通常都應用在建築工程或是大 型機具結構的鐵製橫樑上，此鋼材因橫切面如 「工」，故稱為工字鋼 ( 鐵 )。它除了節省材料之外，更值 得一提的是它的抗彎曲能力，讓建物或機具不會因為本身受 力而輕易變形或斷裂。飛機的尾翼，也採用工字結構設計；鐵路用的鐵 軌也是工字型結構的鋼鐵，只是為了要承受車體重量的輾壓及車輪的摩 擦，而調整成上半部較厚但相對窄，下半部較薄且較寬的方式。
想想看
為什麼桌子、椅子下方的支柱都要有橫桿相互連接呢？
5
零件清單 1
2
4
9
10
12
14
28
x8
x2
x4
x4
x2
x2
x1
x1
1
×2
2
6
1
桌 子 4
3
完成
7
圖
動 手驗 玩實
做做看，加長桌子的支柱，觀察並比較橫桿對 桌子的穩定性有何影響。
動手 玩創意
試試看，改變結構試著做出只有一根柱腳卻能 穩定承載物品的桌子。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
8
2
小 木 屋
科學 應用
木造建築
天然建材裡面當屬木頭最討喜，它雖然材 料單調卻千變萬化，只要讓想像力奔馳就 能搭建出各式各樣專屬於自己的木屋。依 木材種類的不同還能讓身居其中的人，有 如沐浴在各種樹林之中，木頭設計的建築 就是如此迷人。 最常見的小木屋只有單一樓層，裡面沒有 樓梯，地板平行延伸與長且低矮的屋頂形式。而木屋種類還有好幾種設計模式，最經 典的款式就是兩層樓的建築，正面為大片山形牆，依居住需求還會有提供休憩的環 繞式陽台，是許多木屋愛好者的首選。另外還有粗礦風格或混搭的方式，像是結合石 頭樹枝及磚塊等建材，來打造出自己喜愛的木屋。
生活應用
最貼近大自然的建築方式當屬木造建築，但 時常被木造建築就是小木屋的刻板印象所取 代。木造建築的興建方式主要有三種：1. 框組壁
式也稱作 2 × 4，此種工法在歐美已有超過百年歷史。2. 梁 柱式亦稱大木結構，主要以大型原木來當作梁柱的骨架結構，之後才搭 建樓板和壁面。3. 原木層疊式，它是由一根根的原木疊砌成牆面，在芬 多精的簇擁之下讓人彷彿置身森林之中。
想想看
為什麼不同國家或不同地區的小木屋所使用的木材都不太一 樣？
9
零件清單 1
2
4
6
8
9
12
13
x6
x4
x8
x10
x2
x5
x2
x5
14
15
20
28
x4
x2
x6
x1
1
×2
2
3
5
4
×2
×3
6
7
10
2
小 木 屋
8
9
10
11
完成
11
圖
動 手驗 玩實
做做看，在小木屋頂端疊上打開的書本，觀察 小木屋的結構如何承重。
動手 玩創意
試試看，利用手邊的零件為小木屋增添裝飾或 周邊物件 ( 例如：動物、植物、路牌等 ..)。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
12
3
桁 架 橋
科學 應用
桁架
橋梁有很多種形式，而桁架橋的主體架構就是從屋子裡的「桁」衍生而得。 桁架橋的橋體結構幾乎都由鋼鐵組成，耐震度佳，且採用事先鑄造的方式，所以施工 速度比一般混凝土橋還快；但造價較高容易鏽蝕，需要時常保養，且金屬比熱小，容 易受氣溫影響而有熱漲冷縮的情況發生。所以桁架橋一般只會出現在需要快速建造， 車流量較高的城市地區。 這些鋼鐵組件會以交通運輸的最大容許 值，將橋樑用分段或塊狀的方式運輸到工 地現場再行組裝。
棟木
生活應用
「桁」指的是屋頂下面支撐椽子的橫木，而 椽子是支撐屋頂面板和瓦的條木，由桁和椽子
桁
組合成的三角結構即稱為桁架，而桁架是建築上非常 堅固的結構，後來建築師將桁架從木頭換成鋼鐵結構。在橫跨 距離較大的鐵橋搭建時，一般都要用架子來支撐橋體，而建築師多半都 會採用桁架的設計方式。
想想看
為什麼像鐵橋這種大型鐵製結構裡，鐵與鐵的連接處都會留 有縫隙？
13
梁
零件清單 1
2
3
4
6
7
8
9
11
x10
x4
x2
x4
x1
x2
x4
x4
x1
M3 1
13
15
16
17
20
21
x12
x8
x4
x4
x12
x8
×2
2
3
4
×2
5
7
×2
6
60m
m
60m
m
14
3
桁 架 橋
8
9
11
10
×2
12
完成
15
圖
動 手驗 玩實
做做看，利用身邊的物品製作出兩個高台，並 將橋搭建在兩座高台之間。
動手 玩創意
試試看，修改模型與同學合作，一起做出更長 的桁架橋。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
16
4
摩 天 大樓
科學 應用
環境景觀
19 世紀以前幾乎沒有超過 6 層樓的建築 物，主要是因為當時的升降機只能垂直上 升約 15 公尺的高度，而人們又不想爬那 麼多的樓梯，所以摩天大樓的出現主要是 源自於升降機的發明與進步。 有一定高度的大樓才能稱為摩天大樓，最 初只要超過10 層的建築就可以這麼稱呼， 現在則要至少 50 層以上的大樓才能稱作摩天大樓，隨著各地高層建築發展的速度 不同，對摩天大樓的定義也不太一樣。 摩天大樓也存在一定的風險或缺點需要克服，交通問題、地盤位移、地層下陷、建築 搖晃和火災地震等風險；高層建築還會影響風的流動造成旋風，植物缺乏光線及附 近居民的日照權益等。
生活應用
如今世界上摩天大樓林立，高層商業大樓在 美、中等許多國家的都會區蓬勃發展。相對來 說擁有許多歷史古鎮的歐洲城市，因保存著中世
紀以來各個時期的重要建築，會想要維持城市的傳統原貌， 如果建築無法與附近景致相融合便無法興建。高層建築往往鶴立雞群 吸引目光，進而影響整體城市的視覺感受，所以歐洲城市的摩天大樓相 對稀少。
想想看
除了升降梯外，還有哪些事物是蓋摩天大樓之前必須先克服 的？
17
零件清單 1
2
3
4
7
8
13
14
x8
x20
x4
x2
x2
x2
x10
x10
1
×2
4
×2
15
16
17
20
21
x12
x1
x8
x20
x16
2
×2
×6
5
3
6
旋轉插入
7
×2
9
8
旋轉插入
11 10
18
4 12
×2
摩 天 大樓 13
14 mm
60
60
mm
轉 180 度
17
18
15
16
完成
19
圖
動 手驗 玩實
做做看，修改模型運用其它零件，將自己的摩 天大樓蓋到最高，並觀察高度對整體建築有何 影響。
動手 玩創意
試試看，替摩天大樓增加裝飾 ( 如：大本鐘、停 機坪等 ..)。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
20
5
專 題 製 作 1
一至四課的重點主要在硬結構的使用，請利用學到的模型跟原理， 設計出一座道城牆，或與同學一同合作完成一座「萬里長城」。
21
1. 桌子
2. 小木屋
3. 桁架橋
4. 摩天大樓
模型 回顧
設計 規劃
我的作品照
評 自我
量
1
2
模型設計
模型創作
3 競賽獲勝
22
6
救 生 網
科學 應用
網目
救生網又稱為安全網，顧名思義就是為了 安全而設置。安全網在設置時，其攔截高 度不得超過七公尺，網子的材質、強度、張 掛及檢驗方式也都有一定的標準。 為了涵蓋人員墜落時拋物線可能之路徑範 圍，於建築結構四周之救生網應有足夠的 延伸距離，與攔截高度成正向拋物線比例。 救生網下方須有一定的空間，工作區域與救生網之間不得有障礙物，以避免人員不慎 墜落時撞擊障礙物或地面結構物。 救生網及其周邊組件，若有攔截重物或人員後應立即檢查測試，否則每週應檢查一 次，如有缺陷、磨損或破裂須馬上更換。
生活應用
網子的網目組成有很多種形狀，救生安全網 的網目形狀應為菱形，且中間的縫隙不得超 過 30 公分，而一般攀爬用網則是正方形。網目除
了形狀之外也代表網子篩孔的尺寸大小，目是指每平方英 吋篩網上的空眼數，也就是衡量顆粒大小的單位，目數越大代表顆粒粒 徑越小，反之則粒徑越大。
想想看
為什麼從高處掉到救生網上不容易受傷？
23
零件清單 1
2
4
6
8
14
15
x20
x12
x8
x8
x4
x8
x4
25
x16
1
×4
2
3
×4
4
24
6 5
救 生 網
×12 7
6
完成
25
圖
動 手驗 玩實
做做看，拿起手邊不易摔壞的物品 ( 例如：彈珠、 橡皮擦、立可白等 ..) 從相同高度讓它掉落在桌面 或救生網上，並觀察兩者與物品接觸時有何差異。
動手 玩創意
試試看，改變網子的材質 ( 如繩子、橡皮筋 ) 並 觀察物品掉落時的差異。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
26
7
圓 形 屋
科學 應用
壓縮力
全世界颱風、地震、海嘯等自然災害傷亡頻仍，人們越來越重視住屋安全，便利又安 全的居住環境儼然成為新的建築趨勢。 世界各地逐漸興起新的建築型態，一種防災、防震又節能的新建築誕生。強調一體成 型、興建速度快，同時注重節能省電的生態圓形屋，最重要的是它強大的防災功能， 圓拱形的屋頂能讓結構自體支撐，透過壓縮力的作用讓它更緊密，不容易被吹走，能 抵抗大規模的地震與強烈颱風。 這種具防災功能的圓形屋還可以任意的切 割、組合，可以單一存在也可以組裝成各式 房型，讓建築過程可以依自己喜好隨意設 計，以得到最符合期待的圓形屋。
生活應用
結構因負載而受力時，各部件受力的方式依 特性可分為拉張、壓縮、屈曲、扭轉和剪接。 而壓縮力是指當物體受外部作用力擠壓，將該構件
之粒子擠壓在一起的力量，因而使得內部壓力提升的力。壓 縮力會導致該構件沿著施力的軸線縮短距離，例如：支柱的壓縮變形。
想想看
為什麼圓形建築比一般建築更能做到防震？
27
零件清單
1
1
4
25
x20
x15
x20
×5
3
2
5
6
4
5
OK 6
7
28
7
圓 形 屋 9
8
9 8
×5
8
8
8
8
5
10
×5
11
小技巧
轉到下一個四個掛鉤並重複步驟。
11 五次，直到頂部和底部環連接。
完成
29
圖
動 手驗 玩實
做做看，用手輕壓圓形屋，觀察不同位置的軟 性結構受力反應有何不同。
動手 玩創意
試試看，用剩下的積木將圓形屋改造成其它物 品。( 如：帽子、提籃、袋子 )
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
30
8
拱 橋
科學 應用
拱 結構
彎曲如半圓形的結構即稱為拱，拱橋就是 拱結構作為主要承重結構的橋樑。拱橋分 為三種：1. 上乘式，橋面在拱結構之上。2.中 承式，橋面在拱結構中間。3.下承式，橋面 在拱結構之下。 最初拱橋都是以上承式石橋的方式搭建， 古代造橋工匠發現拱構造可以將重量引導 轉換，所以在製作拱橋時選擇了抗壓特性 佳的石塊做為造橋建材。以每個近似梯形的石塊為單位，將重力水平延展到兩端的橋 墩，橋墩除了承受重力之外還可以提供水平的推力。在各個小單位石塊相互推擠的過 程中，也會增強石橋本身的強度。 近代則多使用鋼材、鋼筋混凝土或鋼管混凝土的方式建造，部分高速公路或是較長 的橋還會用好幾段拱橋連接起來。
生活應用
直線顯得剛硬，曲線使人覺得柔婉。拱的造 型曲線除了橋樑之外，在許多大跨度的古代建 築中也是相當重要的元素，最常見的便是宗教相關
的圓頂建築，從二維平面拱擴展成三維的空間式圓形拱頂 結構。將地球引力的垂直重力轉換成弧形的拱壓力，便是拱結構傳導力 量最重要的特色。
想想看
除了梯形之外，什麼形狀的石塊搭配也能做出拱形結構？
31
零件清單 1
2
4
6
8
13
15
x20
x9
x16
x4
x5
x2
x9
16
24
25
26
x1
x6
x12
x6
1
2
×2
4
3
×3
5 6
×3 7
32
8
拱 橋
8
9
10
完成
33
圖
動 手驗 玩實
做做看，修改拱橋 ( 中承式 ) 模型將橋面固定在拱 結構的其它高度，做出下承式或上承式拱橋。
動手 玩創意
試試看，利用積木或繩子為拱橋增加中段的支 撐。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
34
9
鐵 塔
科學 應用
外力作用
歐亞大陸上有兩座鐵塔世界聞名。歐洲，聳立在浪漫之都巴黎的重要地標艾菲爾鐵 塔；亞洲，隨著季節散發出不同光芒的東京鐵塔。 兩座鐵塔相隔近 70 年的歲月，艾菲爾鐵塔的外型顯得雄偉 正直，氣質中卻帶著柔和謹慎的感覺。東京鐵塔高出艾菲爾 鐵塔約 8.6 公尺，但因為使用較細長的鋼鐵，所以重量反而 少 3000 噸，體現出含蓄之美，有如動作輕盈的姑娘一般。 各有各的韻味。 建築型態與結構不斷的發展，舊型態的建築慢慢被淘汰，但 一切建築藝術的起點還是得從造型與結構出發，而這兩座 鐵塔就是將單純的結構體結合造型藝術的典範之作。
生活應用
外力作用可能會造成建築物倒塌，高度很高 的建築物最怕的外力並不是地震，而是風力。 在風速達 120 公里時，鐵塔的至高點會有約 16 公
分的擺動幅度，但因為設計優良，站在鐵塔上的人感覺不出 來，另外在攝氏 40 度的天氣下，有些鐵塔還會因熱漲冷縮，「長高」26 公分。
想想看
為什麼東京鐵塔長的很像艾菲爾鐵塔？
35
零件清單
1
4
×2
1
4
6
15
16
22
x24
x16
x8
x4
x1
x4
24
25
26
x20
x11
x8
2
×4
5
×2
3
6
×4
8
7
9
36
9
鐵 塔 11
10
12
13
15
×2
16
完成
17
14
37
圖
動 手驗 玩實
做做看，用手捏鐵塔的軟性結構積木，觀察張 力支撐與一般積木的結構力支撐有何不同。
動手 玩創意
試試看，修改模型試著做出更高更穩的鐵塔。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
38
10
專 題 製 作 2
五至十課的重點主要在軟結構的使用，請利用學到的模型跟原 理，設計出一座羅馬競技場。
39
6. 救生網
7. 圓形屋
8. 拱橋
9. 鐵塔
模型 回顧
設計 規劃
我的作品照
評 自我
量
1
2
模型設計
模型創作
3 競賽獲勝
40
11
平 衡 桌
科學 應用
水平儀
平衡與水平一直是建築業在建設時必須面對的課題，而水平儀往往是建築工人解決 水平難題的首選。 除了建築業之外，在攝影領域，為了拍出完美的照片，防震平衡裝置是很重要的，透 過雙軸、三軸穩定器不斷精進讓拍攝結果更穩定。另外陀螺儀更是許多事物解決平 衡難題的首選，因為陀螺儀都會採用多軸的設計，可以保持中心位置始終維持平衡 狀態；另外陀螺儀和外界一直都是點接觸， 所以陀螺儀不容受外界物體的影響而失去 平衡。本課的平衡桌就是運用雙軸穩定及 點接觸的方式來做到平衡的效果。 然而，無論多麼高科技的防震工具，可能都 不如大自然一開始就存在的避震系統，那 就是鳥類的頭，也因此出現許多將攝影機 綁在雞頭上的笑話。
生活應用
在營建業為了確保建築物達到水平，工人們 都會拿著一個水平儀做測量。水平儀主要是 將二或三條玻璃管鑲於一個長方體的尺上，分別
度量地面是否水平或牆面是否垂直，若有第三條則用來測 量是否為斜 45 度。玻璃管中間些微突出，兩邊則刻劃兩條平行線，管內 放入染色酒精留一氣泡的空間。觀察對應的玻璃管，若氣泡在兩條線中 間，即表示該物件表面有達到水平或垂直，或是剛好傾斜 45 度。
想想看
為什麼水平儀裡面裝的不是染色的水？
41
零件清單 1
2
3
4
6
7
9
13
x8
x8
x9
x6
x2
x8
x2
x2
14
15
25
26
28
29
x12
x1
x4
x12
x1
x2
1
2
×4 3
孔 11
4
5
6
7
42
11
平 衡 桌 9
8
10
11
完成
圖
模型操作影片
43
動 手驗 玩實
做做看，移動平衡桌的框架觀察桌子是否會一 直保持平衡。
動手 玩創意
試試看，改變桌面造型將它變成可以固定手機 的平衡攝影機架。
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量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
44
12
土 樓
科學 應用
多角結構
土樓是一種集群居與防衛於一身的大型樓 房，外牆一般是用未經加工的生土夯築成 可以承重的厚土牆，主要在福建一帶，故 稱為「福建土樓」。 當地人就地取材，依山就勢發展出各種形 式的土樓，方樓、圓樓還有八角形、五鳳形 甚至橢圓形、半月型。舊時文獻以為土樓為 客家人獨有，而有「客家土樓」的說法，隨後調查發現漳州與泉州地區，也有閩南人 居住在土樓才改稱「福建土樓」。 土樓的出現是源於群居生活、共抵外敵，為了節省耕地而往高處發展，成為多層土樓 同時達到高處瞭望的效果。而圓樓又比方樓方便且視野廣闊，所以多層圓土樓是最 適合用來抵禦兵匪、防範盜賊的防禦性建築。
生活應用
多角結構是由多邊形組成，經研究發現正六 角型的結構密合度最高，可以讓使用空間放 大且最節省建築材料。蜂窩的結構正是由一個個
正六邊形所組成，開口全部朝向同一個方向，彼此相鄰對 稱排列，在等量的原料使用上六角型可以讓蜂巢容積最大化。正六角形 的結構也容易將受力分散，吸震性能優越。不但能解決建築密度的問題， 還能減少地震災害帶來的影響。
想想看
為什麼軟性扁長條組裝時需要交叉？
45
零件清單 1
4
9
14
15
25
26
x36
x6
x6
x6
x6
x18
x12
1
×6 2
3
×6
×2
46
12
土 樓 4
完成
47
圖
動 手驗 玩實
做做看，做出一座牆面結構沒有交叉的土樓並 觀察其中差異。
動手 玩創意
試試看，用不同的結構做出一座不同形狀的土 樓 ( 方樓、圓樓、八角樓、五鳳樓 )。
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量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
48
13
斜 張 橋
科學 應用
張力
斜張橋又稱為斜拉橋或斜索橋，最初斜張 橋的概念可能要追溯到 17 世紀，威尼斯人 用斜拉鏈條的方式支撐局部的橋樑；而第 一座斜張橋是在西元 1784 年建於瑞士， 完全以斜拉吊索的方式支撐橋樑，是一座 木構斜張橋。 斜張橋主要的結構為橋面、橋塔及斜索三 部分，而橋面會經由一或多座橋塔與斜索的組成來撐拉橋面，主要可分為三種類型。 以主塔和鋼纜的連接方式分為 1. 放射型：鋼纜自橋面上各個不同的點連結至橋塔頂 端。2. 平行連接型：各鋼纜固著到橋塔不同高度的點上，且每條鋼纜相互平行。3. 扇 形，搭建方式與平行連接型很接近，只是鋼纜之間的間距更像扇子，也是本課模型所 搭建的類型。
生活應用
斜張橋的跨徑很長而且不需要太多橋墩就可 以做到，主要是斜向拉力的力學特性使然。鋼 纜從橋塔斜拉至橋面，會生成一股斜向張力，張 力的垂直分力會抵抗橋樑的重力進而拉起整座橋樑。橋塔 的高度會決定垂直分力的大小，橋塔越高垂直分力越大但水平 分力會變小，而我們需要水平分力來為橋體結構產生壓力，使橋樑本身 不至彎曲或斷裂，所以橋塔的高度需要與橋樑的長度達到一定的比例， 才能搭建出最適當的斜張橋。
想想看
為什麼斜張橋會被稱為最不怕大洪水的橋？
49
零件清單 1
2
3
4
6
7
8
14
x37
x7
x4
x16
x2
x2
x4
x1
15
16
24
25
29
x9
x2
x12
x16
x2
1
2
4
×2
3
×3 5
6
×4 9
7 8
50
13 10
斜 張 橋 11
×2
12
×2
14
13
51
完成
圖
動 手驗 玩實
做做看，用手捏捏看每條鋼索，觀察並感覺每條 支撐橋樑的積木所承受的重量與張力有何不同。
動手 玩創意
試試看，用繩子替代斜張橋的鋼索，做出有兩 座橋塔的斜張橋。
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量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
52
14
帆 船 飯店
科學 應用
人工島
海上建築，杜拜帆船飯店。 杜拜早期是一個小漁港，居民靠著帆船前往各地運送 物資。經發展後成為沙漠中開挖出來，世界最大的人 工商業口岸現已成為自由貿易港區。帆船是杜拜在海 上很重要的交通工具，同時象徵著杜拜的貿易精神。 西元 1990 年，杜拜政府決定要替國家找到一棟指標 性的建築物，最後決定以帆船為主軸蓋出一棟可以象 徵杜拜的標誌飯店。它建設於 1994 年，初期花了兩 年半的時間在阿拉伯海上建造人工島嶼，另外兩年半 建設建築物的主體，總共花了五年的時間才完成，並 於 1999 年 12 月對外開放。
生活應用
人工島是一種非自然成形的島嶼，早期的人 工島是浮動結構，以木頭或巨石在淺海的沙 洲和暗礁上建造，現在人工島則多是填海而成。人
工島的形狀、大小、數量不一，建造的方式有：合併數座自 然形成的小島變成更大的人工島；擴大已經存在的小島、沙洲或暗礁； 直接在鄰近海域獨立填入單一柱狀結構物，用來支撐建築或海上構造 體，如：平台、機場、港口等 ..。
想想看
帆船飯店底面積的三角結構有什麼優缺點？
53
零件清單 1
2
4
6
13
15
16
x22
x12
x14
x6
x4
x8
x3
1
24
25
26
x9
x15
x8
4
2
3
54
14
帆 船 飯店
5
7
8
×2 9
6
55
×2
10
11
×2
12
13
56
14
帆 船 飯店 14
完成
57
圖
動 手驗 玩實
做做看，將帆船飯店放在課本或其他平面上，觀 察並比較當帆船飯店傾斜時哪一個方向最容易 傾倒。
動手 玩創意
試試看，拿起手邊的紙張為帆船飯店貼上裝飾 外牆。
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量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
58
15
專 題 製 作 3
十一至十四課主題是軟、硬結構的結合，請利用學到的模型跟原 理，設計出一座比薩斜塔。
59
11. 平衡桌
12. 土樓
13. 斜張橋
14. 帆船飯店
模型 回顧
設計 規劃
我的作品照
評 自我
量
1
2
模型設計
模型創作
3 競賽獲勝
60
16
防 震 結構
科學 應用
地震工程
現代房屋建設時都會加入地震工程的評 估，以決定在防震結構的選擇與使用上該 如何搭配。 評估過程會依地層、地質、地震強弱區分 為 1. 安全停機地震 (SSE)：確保地震不會 影響建築物或機器設備，若超過 SSE 則 會關閉機器暫停使用；2. 運轉基準地震 (OBE)：SSE 地震 加速 度 達 50% 或以上 時 ( 可能影響設備 ) 稱為 OBE，估計標準為地震週期 25 年；3. 設計基準地震 (DBE)： 建物結構營運期間可能發生的最大震度，估計標準為地震週期 100 年，紀錄地震規 模之加速度採歷年平均；4. 最大可能地震 (MCE)：該建物結構有史以來最劇烈的地 震，估計標準採歷年來地震規模的最大值。 根據建物的使用特性，所需達到的標準也不一樣。建築師會根據法規搭配最適當的 防震結構進行建設。
生活應用
地震工程又稱防震工程，它是土木工程內結 構設計的一部分，主要研究地震對建築結構 的各種影響。先假設地震發生時的可能的潛在後
果，在觀察建物與地表的關係後，設計或修改結構使地震發 生時能達到安全規範的最低標準，基礎隔離或控制震動是最常使用的 方法之一。
想想看
觀察看看身邊常見的建築用的是哪種結構，為什麼不是每一棟 建築都用最好的免震設計呢？
61
零件清單 1
2
4
8
13
14
15
x8
x14
x2
x2
x8
x7
x2
1
3
20
24
x8
x4
×4
2
×2
4
6
×2
5
62
16
防 震 結構 7
8
完成
63
圖
動 手驗 玩實
做做看，先選定一面的結構，用雙手交互推動該 結構的四個角，觀察各種結構面對搖晃時，該結 構的防震效果。
動手 玩創意
試試看，用你覺得最穩固的結構蓋出一間小房子。
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量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
64
17
地震模擬機
科學 應用
地震帶
地震的產生是因為地球表層受到板塊運動的影響，板塊運動過程中會釋放出推擠、 拉伸、搖晃等力量，導致地表振動進而引發地震。除板塊運動外，地震也可能會因為 火山或隕石甚至炸彈的力量所引起，不過大多數造成災害的地震，都是因為地殼突 然的運動所引發。 地震發生的位置稱為震源，對應到地表的點稱為震央，所以震源有深度而震央沒有， 而其深度就是震源與震央的距離；地震規 模代表該地震能量釋放的大小；震度則是 指對該位置造成的振動幅度。地震的影響 力涵蓋整個地表，包含岩石圈與海洋。所 以當地震發生時，可能會引起海嘯海水倒 灌等問題，進而對沿海城市造成更嚴重的 破壞。 地表 震央
生活應用
地震很恐怖，但並非所有地區都會發生地
震源 深度
震，與火山分布一樣，地震主要集中在板塊交
觀測地點
震源
接的區域。地球上地震最頻繁的三個主要地震帶： 1. 環太平洋地震帶，約佔總地震數的八成；2. 歐亞地震帶， 從中東一直往東延伸到印尼與喜馬拉雅山脈； 3. 位於各大洋之中洋脊 地震帶。當然地震也會發生在非地震帶的板塊內，只是數量較少。
想想看
你所身處的國家是在三大地震帶嗎？
65
震源 距離
零件清單 1
2
3
4
5
13
15
16
18
x6
x6
x1
x8
x1
x1
x2
x4
x1
22
28
29
30
31
32
33
34
35
36
x12
x1
x3
x1
x1
x2
x1
x1
x1
x2
2
1
×2
×2
3
4 5
×2
m
m 00
1
2
7 6
1
2 1
66
17
地震模擬機
8
9
×2
孔
×2 A
完成
圖
10
模型操作影片
67
動 手驗 玩實
做做看，將不同高度的積木疊在一起，利用地 震模擬機觀察它們搖晃的情形。
動手 玩創意
試試看，改變地震模擬機的構造或齒輪比，觀 察不同的模擬機所產生的震度與晃動幅度有何 不同。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
68
耐震與 免震結構
18
科學 應用
耐震係數
防震工程界有一段話： 「地震不會殺人，但 建築物會。」在地震發生時有九成以上的 人命損傷都是因為建築物倒塌。一旦因為 地震導致建築物倒塌，將會造成很大的事 故損害。為了人民的生命財產安全，建物的 抗震性是需要審慎評估的。 對身處地震帶的國家來說，地震不時在發 生卻又無法預測，在板塊活動較為密集的地區，每年甚至會發生上百次的有感地震。 因此挑選抗震耐震的建築物是相當重要的，尤其在高層建築中不僅要確保地震的安 全，還要顧慮風吹導致建築物晃動的問題。而好的免震技術可以保護建築物結構，不 受強風與地震的影響還可以延長建築物的壽命。
生活應用
「耐震係數」是地震水平加速度的數值，在 預估某地區發生地震時，地表可能的最大加 速度係數。即所謂的耐震與抗震程度，通常在最 初規劃建築物時就要確定了。不同國家對耐震係數的法 規規定不同，係數越高建築物的耐震能力就越強。數值的計算 方式須納入建築物所在地區的各項參數，如：土壤硬度、岩層性質、與斷 層的距離等 ..，經加權之後計算而得。所以結構技師會依照各項參數，來 設計出符合標準的建築結構。
想想看
你認為硬性結構和軟性結構的差異和優缺點分別是什麼？
69
零件清單 1
2
3
4
5
6
11
13
14
15
16
x8
x14
x1
x20
x1
x8
x4
x3
x4
x6
x4
18
25
28
29
30
31
32
33
34
35
36
x1
x8
x1
x3
x2
x1
x2
x1
x2
x1
x2
1
×2
2
×2
3
4
mm
0 10
70
18
耐震與免震結構 5
6 2
1
7
2
×2
1
9
8 9
71
×4
10
11
×2
×4
13 12
孔
A
72
18
耐震與免震結構 14
完成
圖 免震
可替換 耐震
模型操作影片
73
動 手驗 玩實
做做看，在兩種建築結構上放上水杯，觀察並 比較兩種結構在模擬地震時，水的晃動情形。
試試看，結合兩種結構做出更能抵抗地震的結構。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
動手 玩創意
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
74
19
阻 尼 器
科學 應用
阻尼
古代高聳入雲的通天塔通常都會與神話 劃上等號，是一種人類無法建造的建築。 不過經現代建築力學的洗禮之後，高聳入 雲快要變成城市中摩天大樓的基本條件 之一了。 如今各國的一級城市中，到處聳立著摩天 大樓，隨著時間的演進我們可以看見建築 技術發展的軌跡。摩天大樓可以越來越高，除了結構的韌性之外，主要還得克服地 震與強風的威脅，而阻尼器的發明剛好可以處理這兩大問題。 目前世界最大的兩個阻尼器都在亞洲，一個是台灣的台北 101，另一個是亞洲最高 世界第二高的上海中心大廈，也是全世界唯二開放遊客觀賞的巨型阻尼器。
生活應用
阻尼是大自然中最普遍的現象之一，它是指 在振動過程中，由外界作用或系統本身產生 與振動方向相反的力，使該振動幅度下降的一種
特性。日常生活中隨處可以看到阻尼的例子，當樹被風吹 動，樹枝的搖晃會慢慢減緩，拉緊的線繩被撥動後振幅也會越來越小。 而阻尼器是在物體運動時，專門用來耗減運動能量的裝置，在各領域中 已使用多年，二十世紀晚期才逐漸應用在建築結構工程之中。
想想看
生活中還有哪些現象也是阻尼？
75
零件清單 1
2
x28 x10
3
4
5
6
7
8
9
10
11
13
15
16
x5
x14
x1
x2
x4
x1
x2
x5
x2
x7
x3
x4
18
23
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
x1
x1
x1
x3
x2
x1
x2
x1
x2
x1
x2
x8
1
×2 2
×2 3
4
mm
0 10
76
19 5
阻 尼 器
×2
6
7
8 2
1
2 1
9
孔
77
A
10
11
12
13
15
×2
16
14
78
19
阻 尼 器
18
完成
17
圖
1 2
1
2
模型操作影片
79
動 手驗 玩實
做做看，將硬幣或重物放進阻尼器中提供一定 重量，並觀察在地震模擬時，阻尼器的高度會 如何影響整棟建築。
動手 玩創意
試試看，拿手邊的生活物件充當阻尼器，並找出 阻尼器最適當的抗震高度。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
80
20
專 題 製 作 4
十六至十九課主題是地震，請利用學到的模型跟原理，設計出一 棟防震大樓。
81
16. 防震結構
17. 地震模擬機
18. 耐震與免震結構
19. 阻尼器
模型 回顧
設計 規劃
我的作品照
評 自我
量
1
2
模型設計
模型創作
3 競賽獲勝
82