船體結構設計方式的分析與闡述

丁長成

摘要：船舶是復雜的水上工程建筑，造價高、航行環境復雜、惡劣，在航行途中還可能遭受各種意外。因此，必須認真做好船體結構設計，以確保船體具有良好的使用性能與適當的結構強度。本文將對船體結構設計方式進行分析、闡述，希望本文可以為船舶設計工作者提供一些參考。

關鍵詞：船體結構；設計方式；分析

船體結構決定船舶的質量。船體結構設計是一項復雜的系統工程，必須考慮到各個方面，同時必須重視各個細節。

一、船舶結構設計必須遵循的原則

（一）安全性

船舶是漂浮在水面上、可以運動的工程建筑，因此，船體結構設計須確保船體具有一定的強度、剛度和穩定性，使船舶可以抵御各種外力作用而不會發生結構損壞。

（二）高性價比

船舶造價昂貴，船舶建成后會投入較長時間的航運。因此，船體結構設計必須高度重視性價比：在保證結構強度的前提下，應盡可能減少結構重量，盡量選擇價廉質優的船舶材料[1]；進行結構布置，選用構件尺度，必須便于船舶營運。此外，設計師還應根據船舶設計用途、輪機系統設計、電氣系統設計，在船體上合理布置各種機器、設備、儀表。

二、船體結構設計方式

（一）研究船舶的具體情況

在設計船體前，設計師首先必須詳細研究船舶的具體情況：船舶航行的區域（包括是否存在限航區，以及航行的區域屬于近海、沿海、遠海還是江河），船舶的用途（客運、或貨運），船舶承受的載荷（在船舶建筑過程中，船體會承受加工、焊接產生的剩余應力、變形校正應力、吊運力、下水力；在船舶營運過程中，船舶會承受自身重力與裝載重力，靜水壓力，波面水壓力，波浪沖擊力、振動慣性力，等等），船舶的重量分布（包括主船體重量、上層建筑重量、舾裝重量、輪機重量、發電機重量、電氣設備重量等），確定結構設計的整體構想[2]。

（二）確定船體結構的形式

船體結構可分為橫骨架式、縱骨架式、縱橫混合骨架式三種形式。

1、橫骨架式

船體中的橫向構件沿船的長方向密集排列，間距較小；縱向構件沿船的寬方向稀疏排列，間距較大。橫骨架結構須在每一個肋位上設置肋板，肋板高度≤10厘米時，搭接長度應不小于肋骨高度的2倍。肋板高度超過10厘米時，搭接長度應不小于肋骨高度的1.5倍。

橫骨架式結構簡單，建造容易，可保證船體具有較好的橫向強度與局部強度，適用于對縱向強度要求不高的內河船舶和沿海中小型船舶（航行距離不超過海岸以外20海里）。

2、縱骨架式

船體中的橫向構件沿船的長方向稀疏排列，間距較大；縱向構件沿船的寬方向密集排列，間距較小[3]。

縱骨架式結構比較復雜，但可以使船體具有較高的總縱強度，主要適用于大大型油船、遠洋貨船或礦砂船等。

3、縱橫混合骨架式

強力甲板與船底結構采用縱骨架，下甲板、舷側采用橫骨架。

縱橫混合骨架式結構可以保證船體具有較高的總縱強度與橫向強度，同時減輕了結構重量，簡化了施工工藝。但在連接節點處容易產生較大的應力集中。該結構主要適用于大中型散裝貨船。

（三）設計外板

外板保證船體的水密性與船體的總縱強度，賦予船舶漂浮能力。在船舶航行過程中，外板須承受橫向載荷（包括貨物荷載、上浪壓力）與波浪的拍擊載荷。而拍擊載荷又與船舶的長度、航速、船型有很大的關系。船長120～140米、航速11～19節的船舶，其外板易受波浪拍擊損傷。與V型船舶相比，U型船舶外板更易受波浪拍擊損傷。

外板尺度須根據平板龍骨的寬度與厚度確定。設計師還應合理分布外板的厚度：在船體中段（0.4×船長）區域外板厚度應適當加大，在船首、船尾區域（0.075×船長），外板厚度可逐漸降低。

外板排列須沿船的長方向縱向布置，平行板縫之間的間距必須超過20厘米，角焊縫與板縫之間的間距必須超過7.5厘米。外板分段縫處應保留3～5厘米的長度與寬度的富余量。

（四）設計甲板

為增強船體總縱強度，應增強上甲板厚度。上甲板中部（0.4×船長）區域厚度應增大，船首、船尾兩端甲板厚度應逐漸降低。船舶中部甲板邊板寬度應保持一致，船首、船尾兩端的甲板邊板寬度可逐漸縮小。

（五）設計船底結構

船底結構可分為單層底結構與雙層底結構。

1、單層底結構

橫骨架單層底結構較為簡單，但抗沉性差，主要適用于小型船舶；縱骨架單底結構同樣比較簡單，但缺乏防漏性。

2、雙層底結構

雙層底結構由船底板、內底板、舭列板、骨架、內底邊板組成。可增強船體的總縱強度、橫向強度，提高船舶的抗泄漏能力與抗沉性。

船底板中平板龍骨的厚度必須超過船底板厚度2毫米以上，其寬度不能超過180厘米。

在船中段（0.75×船長）區域內，龍骨不能開減輕孔或人孔。其它區域的龍骨可以開孔，孔的高度應在龍骨高度的40%左右[4]。

旁桁材應對稱設置于龍骨兩側，并與龍骨保持平行。旁桁材的厚度應比龍骨減少3毫米，但不能低于肋板的厚度。

對于橫骨架式雙層底結構：船的寬方向超過10米時，龍骨兩側應設置1道旁桁材；當船的寬方向超過18米時，龍骨兩側應設置2道旁桁材，旁桁材的間距應在4米以內。

對于縱骨架式雙層底結構：船的寬方向超過12米時，龍骨兩側應設置1道旁桁材；當船的寬方向超過20米時，龍骨兩側應設置2道旁桁材，旁桁材的間距應在5米以內。

結束語

船體設計是復雜的工程。設計師必須考慮各種因素、各方面的問題與各個細節，分階段進行精細化設計，才能使船體更加可靠、實用。

參考文獻

[1]宮利軍.船體結構設計與建造的細節處理研究[J] .中國設備工程，2018（24）：121-122 .

[2]張現普.淺談船體結構設計及建造的細節處理[J] .科技風，2018（20）：110 .

[3]湛豐波.現代不同類型船底結構設計重點研究分析[J] .中國水運（下半月），http：//kns.cnki.net/kcms 2017，17（07）：1-2 .

[4]吳海冬.船體結構設計方式的分析與闡述[J] .中國設備工程，2017（06）：139-140 .

（作者單位：大連紅東方船舶工程有限公司）