船体结构设计方式的分析与阐述

丁长成

摘要：船舶是复杂的水上工程建筑，造价高、航行环境复杂、恶劣，在航行途中还可能遭受各种意外。因此，必须认真做好船体结构设计，以确保船体具有良好的使用性能与适当的结构强度。本文将对船体结构设计方式进行分析、阐述，希望本文可以为船舶设计工作者提供一些参考。

关键词：船体结构；设计方式；分析

船体结构决定船舶的质量。船体结构设计是一项复杂的系统工程，必须考虑到各个方面，同时必须重视各个细节。

一、船舶结构设计必须遵循的原则

（一）安全性

船舶是漂浮在水面上、可以运动的工程建筑，因此，船体结构设计须确保船体具有一定的强度、刚度和稳定性，使船舶可以抵御各种外力作用而不会发生结构损坏。

（二）高性价比

船舶造价昂贵，船舶建成后会投入较长时间的航运。因此，船体结构设计必须高度重视性价比：在保证结构强度的前提下，应尽可能减少结构重量，尽量选择价廉质优的船舶材料[1]；进行结构布置，选用構件尺度，必须便于船舶营运。此外，设计师还应根据船舶设计用途、轮机系统设计、电气系统设计，在船体上合理布置各种机器、设备、仪表。

二、船体结构设计方式

（一）研究船舶的具体情况

在设计船体前，设计师首先必须详细研究船舶的具体情况：船舶航行的区域（包括是否存在限航区，以及航行的区域属于近海、沿海、远海还是江河），船舶的用途（客运、或货运），船舶承受的载荷（在船舶建筑过程中，船体会承受加工、焊接产生的剩余应力、变形校正应力、吊运力、下水力；在船舶营运过程中，船舶会承受自身重力与装载重力，静水压力，波面水压力，波浪冲击力、振动惯性力，等等），船舶的重量分布（包括主船体重量、上层建筑重量、舾装重量、轮机重量、发电机重量、电气设备重量等），确定结构设计的整体构想[2]。

（二）确定船体结构的形式

船体结构可分为横骨架式、纵骨架式、纵横混合骨架式三种形式。

1、横骨架式

船体中的横向构件沿船的长方向密集排列，间距较小；纵向构件沿船的宽方向稀疏排列，间距较大。横骨架结构须在每一个肋位上设置肋板，肋板高度≤10厘米时，搭接长度应不小于肋骨高度的2倍。肋板高度超过10厘米时，搭接长度应不小于肋骨高度的1.5倍。

横骨架式结构简单，建造容易，可保证船体具有较好的横向强度与局部强度，适用于对纵向强度要求不高的内河船舶和沿海中小型船舶（航行距离不超过海岸以外20海里）。

2、纵骨架式

船体中的横向构件沿船的长方向稀疏排列，间距较大；纵向构件沿船的宽方向密集排列，间距较小[3]。

纵骨架式结构比较复杂，但可以使船体具有较高的总纵强度，主要适用于大大型油船、远洋货船或矿砂船等。

3、纵横混合骨架式

强力甲板与船底结构采用纵骨架，下甲板、舷侧采用横骨架。

纵横混合骨架式结构可以保证船体具有较高的总纵强度与横向强度，同时减轻了结构重量，简化了施工工艺。但在连接节点处容易产生较大的应力集中。该结构主要适用于大中型散装货船。

（三）设计外板

外板保证船体的水密性与船体的总纵强度，赋予船舶漂浮能力。在船舶航行过程中，外板须承受横向载荷（包括货物荷载、上浪压力）与波浪的拍击载荷。而拍击载荷又与船舶的长度、航速、船型有很大的关系。船长120～140米、航速11～19节的船舶，其外板易受波浪拍击损伤。与V型船舶相比，U型船舶外板更易受波浪拍击损伤。

外板尺度须根据平板龙骨的宽度与厚度确定。设计师还应合理分布外板的厚度：在船体中段（0.4×船长）区域外板厚度应适当加大，在船首、船尾区域（0.075×船长），外板厚度可逐渐降低。

外板排列须沿船的长方向纵向布置，平行板缝之间的间距必须超过20厘米，角焊缝与板缝之间的间距必须超过7.5厘米。外板分段缝处应保留3～5厘米的长度与宽度的富余量。

（四）设计甲板

为增强船体总纵强度，应增强上甲板厚度。上甲板中部（0.4×船长）区域厚度应增大，船首、船尾两端甲板厚度应逐渐降低。船舶中部甲板边板宽度应保持一致，船首、船尾两端的甲板边板宽度可逐渐缩小。

（五）设计船底结构

船底结构可分为单层底结构与双层底结构。

1、单层底结构

横骨架单层底结构较为简单，但抗沉性差，主要适用于小型船舶；纵骨架单底结构同样比较简单，但缺乏防漏性。

2、双层底结构

双层底结构由船底板、内底板、舭列板、骨架、内底边板组成。可增强船体的总纵强度、横向强度，提高船舶的抗泄漏能力与抗沉性。

船底板中平板龙骨的厚度必须超过船底板厚度2毫米以上，其宽度不能超过180厘米。

在船中段（0.75×船长）区域内，龙骨不能开减轻孔或人孔。其它区域的龙骨可以开孔，孔的高度应在龙骨高度的40%左右[4]。

旁桁材应对称设置于龙骨两侧，并与龙骨保持平行。旁桁材的厚度应比龙骨减少3毫米，但不能低于肋板的厚度。

对于横骨架式双层底结构：船的宽方向超过10米时，龙骨两侧应设置1道旁桁材；当船的宽方向超过18米时，龙骨两侧应设置2道旁桁材，旁桁材的间距应在4米以内。

对于纵骨架式双层底结构：船的宽方向超过12米时，龙骨两侧应设置1道旁桁材；当船的宽方向超过20米时，龙骨两侧应设置2道旁桁材，旁桁材的间距应在5米以内。

结束语

船体设计是复杂的工程。设计师必须考虑各种因素、各方面的问题与各个细节，分阶段进行精细化设计，才能使船体更加可靠、实用。

参考文献

[1]宫利军.船体结构设计与建造的细节处理研究[J] .中国设备工程，2018（24）：121-122 .

[2]张现普.浅谈船体结构设计及建造的细节处理[J] .科技风，2018（20）：110 .

[3]湛丰波.现代不同类型船底结构设计重点研究分析[J] .中国水运（下半月），http：//kns.cnki.net/kcms 2017，17（07）：1-2 .

[4]吴海冬.船体结构设计方式的分析与阐述[J] .中国设备工程，2017（06）：139-140 .

（作者单位：大连红东方船舶工程有限公司）