船舶主体结构设计相关问题及对策

徐光旗 赵明超 吴桂军

摘要：随着我国经济的发展，我国对外贸易出口量不断增加，在对外销售的货物中，一大部分都是通过海上航线完成的，因此，国家开始越来越重视船舶的设计和运行管理。船舶的设计工作非常复杂，尤其是其主体结构设计，既要考虑船舶航行环境因素，又要考虑荷载要求，这在一定程度上增加了主体结构设计难度。在实际的设计工作中，要结合船舶实际的运行情况，分析其运行中可能遇到的问题，进行优化设计，提高船舶设计质量。基于此，本文简要探讨了船舶主体结构设计的相关问题及处理对策。

关键词：船舶；主体结构设计；问题；对策

引言

在船舶主体结构设计时，需综合考虑其实用性、可靠性和经济性。对于其主体结构的设计标准首先要能满足船舶恶劣的工作环境，其次是经常会遇到的满荷载运行，这些限制条件决定了必须重视船舶的结构设计，在设计中，要采用可靠的船体材料和连接工艺保证船体质量。

一、结构优化和重量控制

在船舶设计中，船用设备、铺管设备较多、系统也较复杂，这从一定程度上对设计管理和船舶管理增加很大难度。在设计中，要从基本设计到详细设计，不断的进行结构优化，控制好船舶重量。重量控制是船舶设计和建造过程中一项非常重要的工作，随着设计的深入，设备的制造的不断融入以及现场建造的不断推进，重量和重心随时都在变化，设计前期的余量也会不断减小，如何做好每个阶段的有效控制和管理，在不影响船舶性能、建造计划和交船期的前提下建造出既满足客户需求，又满足实用性和经济性的要求是值得行业内人员不断研究的。

1、重量控制的目的

在船舶主体结构设计中，为了保证船舶运行的安全性和经济性，可以尽量降低船舶自身重量，这样既可以提升荷载能力，又可以满足船舶总体性能，尽可能的降低成本。

2、空船重量内容

在船舶设计中，通常船舶自重包含船体结构、设备和舾装件、船用备件及各类综合管道。

3、控制阶段

空船重量控制主要分为设计阶段控制和建造阶段控制，其中设计阶段又分为总体预估阶段和详细设计、生产设计控制阶段。生产设计阶段主要是指从钢板切割到倾斜试验期间。

4、结构优化

为了控制好船舶重量，在主体结构设计中就要做好优化设计，从船体构件尺寸、外形和拓扑结构上采取措施进行降低船舶自重，一般较常用的就是尺寸优化，主要是优化各构件的截面尺寸，比如优化板厚和型材规格。形状优化是结构优化的较高层次，如修改底端部连接样式、构件几何形状等。拓扑优化是更高层次的结构优化，即对结构布局进行优化，比如根据区域特点选用横骨架结构、纵骨架结构或者横骨架、纵骨架混合式结构等。结构优化一般结合材料的许用应力、极限强度等在有限元分析等计算机辅助下完成。

二、船舶主体结构设计细节处理对策

1、辅助支撑

在进行分段设计的过程中，要对辅助支撑加以设置，才能确保船体整体的稳定性，而实际情况是，工作人员在设计实践中非常容易将辅助支撑忽视造成质量问题的出现。作为一名船舶生产建造人员，应该充分意识到辅助支撑的重要作用，结合实际情况，及时和设计人员之间做好沟通交流，听取各方意见，对辅助支撑建造加以优化，建造工作的开展应该着眼于质量和安全，只有保证辅助支撑的合理性才能保证船只产品的应用性能。

2、分段接口

对船体分段接口的设计属于船体设计工作中的重要内容，对分段接口的优化，能够使设计效果更为完善：

（1）有利于促进船只分段装配工作的顺利开展。传统理念下的分段设计工作是将各舱体分为相对独立的分段，P型分段可能会造成船体中心的分布不够均匀，这种不均匀的分布需要后期通过辅助支撑进行弥补，来改进船体结构。在设计中，可以采用增设面板的形式使船舶形成R型分段，从而实现对分段装配工作的简化。不但能提高焊接工作的效率，还能提高船体的安全性。

（2）大幅降低船舶舾装件的工作量。通常情況下，机舱可以分为机房双层底、上平台以及下平台等多个分段。机舱双层底部分的外板以及前端壁需要高出双层底约100～150mm。而这样的设计会造成双层底舾装设置在安装的过程中工作量大幅提高。所以，要对前期设计阶段加以全面优化，在舱前壁对接口位置设置一个立板，高出内底约1000mm，从而让全部舾装设备在进行分段安装的过程中，呈现出更强的精准性，大幅缩短工时。

3、通焊孔

对通焊孔的设计需要符合船体整体安装与应用需求。设计人员需要结合船舶的实际应用需求对通焊孔半径和切角等加以合理设计。考虑到船舶实际运行中哪些位置为高应力区，在这些位置的通焊孔就需要进行补板设计，而过多的补板设计会增加实际施工中的工作量和施工难度，这样影响了设计效果。所以，船体结构设计人员在设计工作之初就要对其加以充分考虑，设计出可以满足规格要求的通焊孔，使设计方案更为人性化、科学化从而更利于船舶建造。

4、过梁孔补板

此部分也是在船体结构设计工作中容易被忽略的细节，对于不同类型船舶船体的设计和建造有着不同的要求，所建造的船舶应该充分满足客户所提出的各项需求。而船舶结构设计人员在工作实践中则通常会按照惯例利用常用的规则和标准对过梁孔补板进行设计，导致无法符合设计要求的问题出现。除此之外，因为机舱区属于各种管路比较集中的区域，非常容易出现跟船体结构之间的冲突，在船舶综合管道的布置中，会因为没有合理预留管道位置，而进行主题结构打孔，这样既增加了工作量，又降低了船舶的安全性，如果在设计中考虑将过梁孔预留成管道的位置，这样可以集中布置管道。从而在很大程度上解决布置上的冲突，提升空间利用效率。

5、临时通道口

在机舱舷侧增设能够进入到机舱的临时通道孔，这是目前国际上建造一流船舶所利用的一种工艺处理措施。在传统船体结构设计中，通常不会设置通道孔方便人员临时出入。在临时通道孔的设置，能够改善上层建筑人员卫生情况，同时还能在一定程度上确保建造的安全性。

6、舱口围板纵向肘端

在传统船体结构建造工作中，对舱口围板纵向底端的设置不会考虑跟开舱机轴承间所形成的结构冲突，设计效果平直化，在船舶实际工作中，经常会由于设计的不合理而导致甲板与肘板端裂纹的出现，为了避免这种情况，需要在设计中将平直段设置成凹槽的形式，增设纵向缓冲，以防有结构冲突出现。船体结构施工人员在建造过程中需要结合结构设建设准对设计内容进行不断完善，使建造效果能够符合应用需求，改善结构建造效果。

7、散货防堆积板

通常情况下，在散货船船舱口围板的角隅位置，为防止散货堆积，需要对防堆积板进行设置。不过，在实际建造过程中经常会忽略角隅位置的应力条件。所以，在建造过程中需要使防堆积板跟主甲板之间保持10～15mm的距离，从而防止角隅位置受到集中应力的影响，确保应用安全性。

结语

综上所述，由于船舶运行环境极为复杂，再加上其运行时受力较大，这些因素使得做好船舶设计非常有技术难度。在实际的设计中，需结合以往船舶设计经验和运行中遇到的问题，从安全、实用和经济三个角度进行设计优化，提高船体的结构强度，降低船体的自身重量，这样才能保证船体质量，提高船舶航行的安全性，促进我国海航业的发展。

参考文献

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（作者单位：南通诺德瑞海洋工程研究院有限公司）