郵輪門窗開孔區(qū)域結(jié)構(gòu)板厚朝向設(shè)計(jì)分析

崔桂媛,馮昌寧,劉大明,鄭瑾,趙小林,李晨駒

(上海外高橋造船有限公司,上海 200137)

大型郵輪的設(shè)計(jì)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,不僅要滿足安全要求,還要保證舒適性、美觀性。以門窗為例,為滿足郵輪的功能性、舒適性等需求,其應(yīng)用數(shù)量就非常龐大,這使得需要在郵輪板架結(jié)構(gòu)上設(shè)置大量安裝開孔。為了滿足郵輪結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求、保證安全性,這些門窗開孔區(qū)域特別是角隅處往往需要設(shè)置厚板予以加強(qiáng),而門窗的安裝對于相應(yīng)區(qū)域的板厚朝向和板厚差均有比較嚴(yán)格的要求。如果門窗開孔區(qū)域的結(jié)構(gòu)板厚朝向設(shè)置不合理,將可能增加安裝施工的難度和敷料的使用,也可能安裝后外觀參差不齊而影響郵輪外觀的美觀,甚至導(dǎo)致門窗無法安裝為造成大量的建造返工。

在船舶的設(shè)計(jì)中,結(jié)構(gòu)板厚朝向的設(shè)置一般以理論線為基準(zhǔn)、板厚朝向非構(gòu)件面。非構(gòu)件面即構(gòu)件安裝面的反面;而理論線則是確定船體構(gòu)件安裝位置的基準(zhǔn)線。船體構(gòu)件理論線的確定遵守一些基本原則,對于船體板來說,一般遵守如下原則:甲板以靠近基線一邊為理論線;橫艙壁以靠近船舯一邊為理論線;縱艙壁以靠近船體中心線一邊為理論線;外板則以板的內(nèi)緣為理論線等。

大型郵輪門窗開孔區(qū)域結(jié)構(gòu)板厚朝向的設(shè)置,總體上遵循上述原則。但考慮到門窗開孔區(qū)域結(jié)構(gòu)板厚差,以及不同類型門窗安裝要求的差異,則位于不同區(qū)域的門窗開孔處結(jié)構(gòu)板厚朝向設(shè)置方案不一樣,為此,就具體情況展開分析。

1 設(shè)計(jì)方案

結(jié)合某型郵輪的門窗布置情況,以及相應(yīng)的船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求,大型郵輪的門窗分布大致可以分為三類:①位于船體外部、設(shè)計(jì)水線以上,集中布置了陽臺區(qū)域和公共區(qū)域所需門窗;②位于船體內(nèi)部,根據(jù)不同房間和處所的功能需求,分散布置;③位于CM區(qū)域,這類門窗從屬于上述兩類,但因CM區(qū)域?qū)Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度的特殊要求,使得位于該區(qū)域的門窗開孔加強(qiáng)需要特殊考慮。

1)船體外部門窗。

船體外部門窗集中布置在2甲板以上的船體外板上,其開孔區(qū)域的板厚朝向分兩種方案設(shè)置。陽臺區(qū)域?qū)?yīng)范圍主要集中在6甲板以上,以及5～6甲板間的尾部、2～3甲板間的中部,如圖1陰影區(qū)域所示。該區(qū)域門窗開孔對應(yīng)的結(jié)構(gòu)以理論線為基準(zhǔn)板厚朝船體外側(cè)、板厚差朝船體內(nèi)側(cè),見圖2。

圖1 陽臺區(qū)域范圍

圖2 陽臺區(qū)域門窗開孔結(jié)構(gòu)板厚朝向及局部放大示意

公共區(qū)域范圍為2～6甲板間除部分陽臺區(qū)域?qū)?yīng)范圍之外的區(qū)。該區(qū)域門窗開孔對應(yīng)的結(jié)構(gòu)以理論線為基準(zhǔn)板厚朝船體外側(cè)、板厚差朝船體外側(cè),見圖3。

圖3 公共區(qū)域門窗開孔結(jié)構(gòu)板厚朝向及局部放大示意

2)船體內(nèi)部門窗。

船體內(nèi)部門窗主要包括布置在橫艙壁和縱艙壁上的門窗,其開孔區(qū)域結(jié)構(gòu)的板厚朝向設(shè)置方案遵循上述一般原則,即以理論線為基準(zhǔn)板厚朝向非構(gòu)件面、板厚差也朝向非構(gòu)件面。這樣,在滿足門窗安裝需求的前提下,可為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裝配和焊接提供便利,有利于保證建造效率和質(zhì)量。

3)CM區(qū)域范圍的門窗。

CM區(qū)域?yàn)猷]輪結(jié)構(gòu)的高應(yīng)力區(qū)域,位于該區(qū)域的結(jié)構(gòu)往往處于高應(yīng)力狀態(tài),對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求比較高,對位于該區(qū)域的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)及連接方式也就提出了更嚴(yán)格的要求,比如位于該區(qū)域加厚板的對接均需要中心線對齊。因此,位于該區(qū)域的門窗開孔的加厚板即需要中心線對齊,結(jié)構(gòu)板厚以理論線為基準(zhǔn)朝向非構(gòu)件面、板厚差分別位于理論線的兩側(cè),見圖4。

圖4 CM區(qū)域門窗開孔結(jié)構(gòu)板厚朝向及局部放大示意

需要說明的是,如果上述1)和2)中所對應(yīng)門窗開孔也位于CM區(qū)域內(nèi),結(jié)構(gòu)板厚和板厚差的朝向也應(yīng)此執(zhí)行。

2 優(yōu)化方案

2.1 板厚差影響分析

不同類型的門窗安裝方式不同、對相應(yīng)開孔區(qū)域板厚朝向的要求也不一樣。比如對于嵌入式安裝的旋轉(zhuǎn)門、卷簾門、冷庫門、滑移防火門等而言,板厚差的朝向不會影響其安裝;對于內(nèi)貼式焊接安裝的柚木門來說,板厚差朝外,因?yàn)榘惭b面是平的,存在板厚差也不影響門的安裝;對于外貼式焊接安裝的陽臺玻璃滑移門、金屬門、風(fēng)雨密門,根據(jù)理論線要求板厚差朝外,板厚差的存在就可能影響安裝,需局部調(diào)整加厚板與周邊板的板厚差朝向,如在理論線不變的情況下通過偏移一個板厚差值的方法局部調(diào)整外表面至平齊,以滿足安裝要求。全船門窗開孔區(qū)域結(jié)構(gòu)板厚差對其安裝影響的相關(guān)情況分析詳見表1。

表1 窗開孔區(qū)域結(jié)構(gòu)板厚差對其安裝的影響情況

2.2 優(yōu)化方案

在郵輪門窗開孔區(qū)域結(jié)構(gòu)板厚朝向的設(shè)計(jì)過程中,需要綜合考慮多種因素的影響。滿足船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求、保證郵輪的安全性,是需要考慮的第一要素;在此基礎(chǔ)上,結(jié)合門窗安裝要求,充分考慮門窗安裝施工的難易程度、安裝后對郵輪外觀美觀性的影響、減少敷料使用等因素。因此,根據(jù)所處位置主要影響因素的不同,對大型郵輪門窗開孔區(qū)域的結(jié)構(gòu)板厚朝向的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,具體優(yōu)化方案如下。

1)對于位于CM區(qū)域內(nèi)的門窗開孔處結(jié)構(gòu)板厚中心線對齊,板厚差位于中心線的兩側(cè)。該區(qū)域處于高應(yīng)力作用、容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞,因此,結(jié)構(gòu)的安全性是主要考慮因素,位于該區(qū)域的結(jié)構(gòu)板對接均需要中心線對齊,以保證應(yīng)力的有效傳遞。

2)對于位于船體外部區(qū)域的門窗開孔處結(jié)構(gòu)板厚外緣對齊,板厚差朝向船體內(nèi)側(cè)。該區(qū)域集中布置了大量的移門和舷窗,特別是2甲板以上,容易因板厚差的存在導(dǎo)致門窗安裝后外觀參差不齊,從而影響郵輪的整體美觀性。因此,美觀性成為重點(diǎn)關(guān)注因素,開孔區(qū)域結(jié)構(gòu)板厚外緣對齊,從而保證門窗安裝后外側(cè)平齊。以窗戶為例,該區(qū)域板厚處理及效果對比見圖5。

圖5 窗戶區(qū)域結(jié)構(gòu)板厚處理及效果對比示意

3)對于位于船體內(nèi)部區(qū)域的門窗開孔處結(jié)構(gòu),以理論線為基準(zhǔn)板、厚朝向非構(gòu)件面,板厚差朝向根據(jù)門窗安裝要求局部調(diào)整。該區(qū)域門窗布置一般較為分散,多單獨(dú)分布,對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和外觀美觀性要求不突出或影響較低。因此,門窗安裝施工便利性、減少敷料使用等因素變得更為重要,以理論線為基準(zhǔn)、局部調(diào)整板厚差朝向,可以有效減少填充敷料的使用。以移門為例,該區(qū)域板厚處理及效果對比見圖6。

圖6 移門區(qū)域結(jié)構(gòu)板厚處理及效果對比示意

3 結(jié)論

大型郵輪的設(shè)計(jì)建造中門窗開孔區(qū)域結(jié)構(gòu)板厚朝向的設(shè)置,對不同類型門窗的安裝存在不同的影響。結(jié)合某型郵輪的門窗布置,針對門窗所處位置及安裝要求的不同,總結(jié)大型郵輪門窗開孔區(qū)域結(jié)構(gòu)板厚朝向的一般設(shè)置原則以及設(shè)計(jì)方案并提出板厚朝向設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案,厘清大型郵輪門窗開孔區(qū)域結(jié)構(gòu)板厚朝向的設(shè)置問題,可避免因板厚差的存在而帶來的門窗安裝施工問題,提高建造質(zhì)量和效率,為大型郵輪的實(shí)船設(shè)計(jì)和建造提供技術(shù)支持和借鑒。