船体结构设计及细节分析

林海棠

【摘 要】目前，考虑到船体生产设计与制造的复杂性，其包含的作业内容相对较多，再加上本身的工作量较大，周期较长，种类较多，所以，如何才能够安全高效的进行船体的设计生产与制造就成为重中之重。本文针对船体结构设计以及相应的建造细节进行分析，希望可以对今后的船体结构设计有一定的借鉴意义。

【关键词】船体；结构；设计；建造

中图分类号： U662；U671 文献标识码： A 文章编号： 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

在我国，造船行业属于极为重要的生产行业，其结构设计会直接影响船体以及船舶的使用，因此，做好对应的设计，才能更好的提升船體质量，同时也能够提升船舶的使用效能。所以，合理的分析船体的结构设计方式，能够为后续的优化设计提供一定的借鉴。

1 船体结构设计条件

基于实用性作为船体结构设计的要求，在安全性能得以满足之下再考虑外表。只有实现了安全航行，才能体现其利益。船体的稳定性偏向于基础设计理念，结构设计还需要考虑力学条件。基于航海规律，最大限度的分析水文因素和天气因素带来的实际影响，以此来应对出航的恶劣天气，同时，当本身的承重性得到保障，其外部的形态设计可以满足航行动力需求，在实际设计中，就需要对其计算与构思加以分析，进而达到设计要求[1]。

结构本身的稳定要求，实际上就是需要建造技术水平能够达到设计条件，并且在具体的过程中还应该对材料的实际性能加以分析。实用性本身就是需要从设计的角度来分析体系的问题，对于船体、甲板等设计，也需要有对应的装载条件，并且要满足设计的合理性要求，其不仅仅需要囊括对应的货物与人员，同时还需要确保本身的安全性。

2 船体结构型式及细节设计分析

2.1 船体结构型式

船体结构本身的基础模式是板与型材的结合，属于板架结构。考虑到结构的地方与功能的差异，也会将其划分为不同的干板架。在实际分析中，甲板属于船体梁的上翼板，而船底板属于船体梁的下翼板，其舷侧板则是腹板。不同的功能，所需要的骨架排列模式也会出现一定差异，针对翼板的实际情况，主要是横纵两种骨架[2]。

对于大规模船体结构的设计，还应该对其承重的条件进行分析，并且改变其架构模式。船体的底部和甲板设计可以选择纵向的承重骨架，利用支撑力就可以满足船体安全性的需求，并且板材需要达到基础受力条件，并且在恶劣环境下，还应该对其最大承受力加以分析，让船舷实现横向的结构设计，满足平衡受力的要求，这样才能让其载重性能得以体系那。

横向设计的另外一个优势在于空间占据较小，可以提供更大的舱容量。在纵向结构配置中，有大量的纵向构件要直接穿越横向构件。在分段合拢过程中，会有大量结构的存在，这样就会配置更多的纵骨架结构，所以，对于甲板与船底板，一般都会考虑到横骨架结构[3]。

如，针对干货船，其上部的甲板所使用的横骨架式结构，具体的设计情况如下：

第一，船只本身的长度不超过10m的时候，其船只长度在10m到120m，L/D不超出11。整个弯矩偏小，中刨面模数标准值较小，个别的强度要求就成为重点。

第二，上方甲板经常会摆放货物，这样会导致横向荷载较大，如果选择纵骨架结构，会对舱容带来更大的影响，因此，就需要利用横骨架机构。

其中，1代表甲板；2代表船舷顶列板；3代表船舷侧板；4代表船舷列板；5代表船底板；6代表中内龙骨；7代表平板龙骨；8代表旁内龙骨；9代表两肘板；10代表甲板纵桁；11代表肋骨；12代表强肋骨；13代表舷侧纵桁；14代表肋板；15代表横梁；16代表横舱壁板。

针对船体，利用骨架式结构，其实际情况为：

第一，船只的长度不超过10m，L/D不会超过12的时候，其船底外板的实际厚度不是按照强度情况来确定的，其主要是根据磨损以及锈蚀的实际情况来确定。

第二，船只本身的中垂弯矩已经超出中拱弯矩一定限度时。

第三，船底容易出现搁浅，或者是在利用抓斗起货时，再加上船舱底没有护板的支持，其厚度则直接取决于实际磨损度。船舷侧结构的确定是通过横舱壁之间的距离以及甲板同舱底距离来确定的。一般情况下，垂直距离不得存在横骨架式，这对于航行在结冰区式非常重要的。如果所处的区域为冬天，有漂浮冰排的存在，针对船舷侧结构骨架，就需要认真的分析这一个问题。

2.2 船体结构设计中的细节处理

在整体性的船体结构型式分析之后，现针对其细节处理进行阐述。

2.2.1 前期设计

在船体结构设计细节处理之前，还需要做好前期规划，并且按照设计的要求与准则来确定基本的任务。按照预想的稿件来进行设计处理，并且按照设计技术要求和预计方案，制定相应的用度预算计划和材料与零件规格，并且做出预算总结，这样才可以深入的开展后续的尺寸大小以及结构方式的设计。

2.2.2 分段接口合理化

对于船体设计而言，船体分段接口设计非常重点，还需要考虑其优化处理：第一，方便船体分段装配工作的顺利实施。传统的分段设计是将舱体划分为独立的段落，P型的分段会让船体出现中心不均匀的情况，导致在后期的装配中需要大量的辅助支撑才可以规避这一缺点。在改进分段接口时，将面板加设到船体断开節点处，这样就会直接形成R型分段，从而简化分段装配。这样不但可以提高焊接效率，同时也可以提升船体安全性。第二，降低舾装的船台工作量。一般情况下，机舱区域划分为机舱双层底、下平台、上平台几个分段。对于双层底分段的外板应高出双层底100-150mm左右。这样的设计，就会降低其实际装配作业工作量，同时还可以缩短工时[4]。

2.2.3 改善通焊孔

对于通焊孔的设计，也需要达到船舶的使用要求。作为船体设计人员，应该按照实际的要求来设计通焊孔的切角与半径。如在散货船船体设计中，其底边舱斜坡板与双层底内底板对接的属于高应力区，为了满足应力要求，一般会利用补板或者是增加垫板的方式。但是如果补板过多，会增加工作量，提升工作难度，导致设计出现不合理之处。所以，在设计的初期阶段，就需要让通焊孔的设计满足要求与规格，可以减轻操作难度以及工作量，让设计更加的人性化、合理化。

2.2.4 结构过梁孔补板

在设计中，很容易忽视结构过梁孔补板的问题，针对不同船体的不同要求，客户就会按照自己的需求来提出对应的要求，而设计人员一般会选择标准规则来进行设计，但是却很容易忽视这一内容。此外，考虑到机舱是各种管系集中的区域，这样就可能与船体结构出现冲突。一般来说，就容易出现在船体结构上为了布置管系而打孔的情况，而这一问题也一直困扰着设计人员。如果将原本的过梁孔直接改变成为镶嵌型的切口，这样就可以让管系布置的空间大幅度的增加，并且还可以减少结构的过梁孔，这样就可以将原本布置冲突加以改善，同时也可以满足空间利用率的提升。

2.2.5 断梁问题处理的优化

针对船体结构监造细节处理，主要是针对断梁问题。在断梁问题优化处理中，设计人员首先需要考虑到分段定位，将断梁部位处理点接上。这一过程中，设计人员为了避免船台装配之中截梁接梁，从而增加工作量，设计人员就可以考虑到将扶强材与梁上下两端的肘板的连接直接从原本的对接转变成为搭接的方式，这样就可以满足基础条件下节省船台装配时间。并且在断梁问题处理的优化中，在不影响结构强度的同时，也不会改变结构的理论线，从而消除客户对于截梁再接梁产生的疑虑。

2.2.6 底部冲击板的合理设置

针对船体结构设计的细节处理，还应该考虑到底部冲击板的设置。在底部冲击板设置过程中，首先要在舱底板安装就位后才能进行测深垫板的安装。在这一过程中还需要考虑到，由于舱底板属于外底板，并且外底板拥有线型，这样就会在测深管安装就位之后在进行测深垫板的安装，这样就会增加整体的施工难度。所以，工作人员为了调整这一情况，就会提前在测深管底提前装上测深垫板，这样就可以在测深管底部开设一个长孔，进而满足测深的需求，在满足监造施工强度降低的同时，也能满足客户的要求。

3 结语

总而言之，在进行船体结构设计中，考虑到船体结构设计工作量较大，所以，很多细节工作都需要做好对应的设计与安排，并且还需要合理的优化整个结构设计。利用多样化的转变船体结构设计，这样就可以提升船舶生产质量，确保其达到既定的标准。

【参考文献】

[1]叶江波.船体结构的三维设计研究[J].现代制造技术与装备，2017（08）：7-8.

[2]张如成.生产导向的船体结构设计研究及应用[J].机电信息，2017（33）：109-110.

[3]王斌.试分析船体结构的三维设计[J].科技风，2018（18）：88.

[4]杨丽荣，顾庆，王莹.试论船体结构生产设计理念形成[J].山东工业技术，2018（17）：244.