船體結構設計及細節分析

林海棠

【摘 要】目前，考慮到船體生產設計與制造的復雜性，其包含的作業內容相對較多，再加上本身的工作量較大，周期較長，種類較多，所以，如何才能夠安全高效的進行船體的設計生產與制造就成為重中之重。本文針對船體結構設計以及相應的建造細節進行分析，希望可以對今后的船體結構設計有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】船體；結構；設計；建造

中圖分類號： U662；U671 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）32-0233-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.108

【Abstract】At present， considering the complexity of hull production design and manufacturing， the content of hull production is relatively large， coupled with its large workload， longer cycle and more types， so how to design， produce and manufacture hull safely and efficiently becomes the top priority. In this paper， the hull structure design and the corresponding construction details are analyzed， hoping to provide some reference for future hull structure design.

【Key words】Hull； Structure； Design； Construction

在我國，造船行業屬于極為重要的生產行業，其結構設計會直接影響船體以及船舶的使用，因此，做好對應的設計，才能更好的提升船體質量，同時也能夠提升船舶的使用效能。所以，合理的分析船體的結構設計方式，能夠為后續的優化設計提供一定的借鑒。

1 船體結構設計條件

基于實用性作為船體結構設計的要求，在安全性能得以滿足之下再考慮外表。只有實現了安全航行，才能體現其利益。船體的穩定性偏向于基礎設計理念，結構設計還需要考慮力學條件。基于航海規律，最大限度的分析水文因素和天氣因素帶來的實際影響，以此來應對出航的惡劣天氣，同時，當本身的承重性得到保障，其外部的形態設計可以滿足航行動力需求，在實際設計中，就需要對其計算與構思加以分析，進而達到設計要求[1]。

結構本身的穩定要求，實際上就是需要建造技術水平能夠達到設計條件，并且在具體的過程中還應該對材料的實際性能加以分析。實用性本身就是需要從設計的角度來分析體系的問題，對于船體、甲板等設計，也需要有對應的裝載條件，并且要滿足設計的合理性要求，其不僅僅需要囊括對應的貨物與人員，同時還需要確保本身的安全性。

2 船體結構型式及細節設計分析

2.1 船體結構型式

船體結構本身的基礎模式是板與型材的結合，屬于板架結構。考慮到結構的地方與功能的差異，也會將其劃分為不同的干板架。在實際分析中，甲板屬于船體梁的上翼板，而船底板屬于船體梁的下翼板，其舷側板則是腹板。不同的功能，所需要的骨架排列模式也會出現一定差異，針對翼板的實際情況，主要是橫縱兩種骨架[2]。

對于大規模船體結構的設計，還應該對其承重的條件進行分析，并且改變其架構模式。船體的底部和甲板設計可以選擇縱向的承重骨架，利用支撐力就可以滿足船體安全性的需求，并且板材需要達到基礎受力條件，并且在惡劣環境下，還應該對其最大承受力加以分析，讓船舷實現橫向的結構設計，滿足平衡受力的要求，這樣才能讓其載重性能得以體系那。

橫向設計的另外一個優勢在于空間占據較小，可以提供更大的艙容量。在縱向結構配置中，有大量的縱向構件要直接穿越橫向構件。在分段合攏過程中，會有大量結構的存在，這樣就會配置更多的縱骨架結構，所以，對于甲板與船底板，一般都會考慮到橫骨架結構[3]。

如，針對干貨船，其上部的甲板所使用的橫骨架式結構，具體的設計情況如下：

第一，船只本身的長度不超過10m的時候，其船只長度在10m到120m，L/D不超出11。整個彎矩偏小，中刨面模數標準值較小，個別的強度要求就成為重點。

第二，上方甲板經常會擺放貨物，這樣會導致橫向荷載較大，如果選擇縱骨架結構，會對艙容帶來更大的影響，因此，就需要利用橫骨架機構。

其中，1代表甲板；2代表船舷頂列板；3代表船舷側板；4代表船舷列板；5代表船底板；6代表中內龍骨；7代表平板龍骨；8代表旁內龍骨；9代表兩肘板；10代表甲板縱桁；11代表肋骨；12代表強肋骨；13代表舷側縱桁；14代表肋板；15代表橫梁；16代表橫艙壁板。

針對船體，利用骨架式結構，其實際情況為：

第一，船只的長度不超過10m，L/D不會超過12的時候，其船底外板的實際厚度不是按照強度情況來確定的，其主要是根據磨損以及銹蝕的實際情況來確定。

第二，船只本身的中垂彎矩已經超出中拱彎矩一定限度時。

第三，船底容易出現擱淺，或者是在利用抓斗起貨時，再加上船艙底沒有護板的支持，其厚度則直接取決于實際磨損度。船舷側結構的確定是通過橫艙壁之間的距離以及甲板同艙底距離來確定的。一般情況下，垂直距離不得存在橫骨架式，這對于航行在結冰區式非常重要的。如果所處的區域為冬天，有漂浮冰排的存在，針對船舷側結構骨架，就需要認真的分析這一個問題。

2.2 船體結構設計中的細節處理

在整體性的船體結構型式分析之后，現針對其細節處理進行闡述。

2.2.1 前期設計

在船體結構設計細節處理之前，還需要做好前期規劃，并且按照設計的要求與準則來確定基本的任務。按照預想的稿件來進行設計處理，并且按照設計技術要求和預計方案，制定相應的用度預算計劃和材料與零件規格，并且做出預算總結，這樣才可以深入的開展后續的尺寸大小以及結構方式的設計。

2.2.2 分段接口合理化

對于船體設計而言，船體分段接口設計非常重點，還需要考慮其優化處理：第一，方便船體分段裝配工作的順利實施。傳統的分段設計是將艙體劃分為獨立的段落，P型的分段會讓船體出現中心不均勻的情況，導致在后期的裝配中需要大量的輔助支撐才可以規避這一缺點。在改進分段接口時，將面板加設到船體斷開節點處，這樣就會直接形成R型分段，從而簡化分段裝配。這樣不但可以提高焊接效率，同時也可以提升船體安全性。第二，降低舾裝的船臺工作量。一般情況下，機艙區域劃分為機艙雙層底、下平臺、上平臺幾個分段。對于雙層底分段的外板應高出雙層底100-150mm左右。這樣的設計，就會降低其實際裝配作業工作量，同時還可以縮短工時[4]。

2.2.3 改善通焊孔

對于通焊孔的設計，也需要達到船舶的使用要求。作為船體設計人員，應該按照實際的要求來設計通焊孔的切角與半徑。如在散貨船船體設計中，其底邊艙斜坡板與雙層底內底板對接的屬于高應力區，為了滿足應力要求，一般會利用補板或者是增加墊板的方式。但是如果補板過多，會增加工作量，提升工作難度，導致設計出現不合理之處。所以，在設計的初期階段，就需要讓通焊孔的設計滿足要求與規格，可以減輕操作難度以及工作量，讓設計更加的人性化、合理化。

2.2.4 結構過梁孔補板

在設計中，很容易忽視結構過梁孔補板的問題，針對不同船體的不同要求，客戶就會按照自己的需求來提出對應的要求，而設計人員一般會選擇標準規則來進行設計，但是卻很容易忽視這一內容。此外，考慮到機艙是各種管系集中的區域，這樣就可能與船體結構出現沖突。一般來說，就容易出現在船體結構上為了布置管系而打孔的情況，而這一問題也一直困擾著設計人員。如果將原本的過梁孔直接改變成為鑲嵌型的切口，這樣就可以讓管系布置的空間大幅度的增加，并且還可以減少結構的過梁孔，這樣就可以將原本布置沖突加以改善，同時也可以滿足空間利用率的提升。

2.2.5 斷梁問題處理的優化

針對船體結構監造細節處理，主要是針對斷梁問題。在斷梁問題優化處理中，設計人員首先需要考慮到分段定位，將斷梁部位處理點接上。這一過程中，設計人員為了避免船臺裝配之中截梁接梁，從而增加工作量，設計人員就可以考慮到將扶強材與梁上下兩端的肘板的連接直接從原本的對接轉變成為搭接的方式，這樣就可以滿足基礎條件下節省船臺裝配時間。并且在斷梁問題處理的優化中，在不影響結構強度的同時，也不會改變結構的理論線，從而消除客戶對于截梁再接梁產生的疑慮。

2.2.6 底部沖擊板的合理設置

針對船體結構設計的細節處理，還應該考慮到底部沖擊板的設置。在底部沖擊板設置過程中，首先要在艙底板安裝就位后才能進行測深墊板的安裝。在這一過程中還需要考慮到，由于艙底板屬于外底板，并且外底板擁有線型，這樣就會在測深管安裝就位之后在進行測深墊板的安裝，這樣就會增加整體的施工難度。所以，工作人員為了調整這一情況，就會提前在測深管底提前裝上測深墊板，這樣就可以在測深管底部開設一個長孔，進而滿足測深的需求，在滿足監造施工強度降低的同時，也能滿足客戶的要求。

3 結語

總而言之，在進行船體結構設計中，考慮到船體結構設計工作量較大，所以，很多細節工作都需要做好對應的設計與安排，并且還需要合理的優化整個結構設計。利用多樣化的轉變船體結構設計，這樣就可以提升船舶生產質量，確保其達到既定的標準。

【參考文獻】

[1]葉江波.船體結構的三維設計研究[J].現代制造技術與裝備，2017（08）：7-8.

[2]張如成.生產導向的船體結構設計研究及應用[J].機電信息，2017（33）：109-110.

[3]王斌.試分析船體結構的三維設計[J].科技風，2018（18）：88.

[4]楊麗榮，顧慶，王瑩.試論船體結構生產設計理念形成[J].山東工業技術，2018（17）：244.