内河客船露天甲板栏杆设计探讨

吴 炜，刘 健

（中国船级社实业公司广州分公司，广州 510235）

1 前言

近年来，随着内河旅游和内河客运的繁荣发展，内河客船更新换代逐步加速，新型船舶不断涌现，船用栏杆作为客船上人员安全保护的重要设施，其形式材质也日趋多样化。货船栏杆主要用于船员保护，结构比较统一，一般直接选用标准件即可；但内河客船栏杆的设计就复杂许多，除了其结构强度、间隙等需要满足船员保护的需求之外，还要考虑各年龄段乘客特别是儿童的保护需求，同时还要满足个性化和美观的要求。

2 设计要点

船用栏杆从安装位置分类：可分为室内栏杆和室外栏杆两类；从结构型式分类可分为活动式栏杆和固定式栏杆两类；活动式栏杆又可分为可拆式和可倒式活动栏杆两类。可拆式栏杆在工作需要时可将栏杆拆下，需另外安放；而可倒式栏杆则就地倒下便可以工作，省去了拆装和搬运的工作。

本文主要探讨室外露天甲板固定式栏杆的几种形式。活动式栏杆设计一般可参考固定式栏杆，但栏杆立柱需设置成活动式，配合活动小链、挂钩和扶手索、螺旋扣等使用。

中国海事局《内河船舶法定检验规则 2019》和中国船级社《钢质内河船舶建造规范 2016》及适用修改通报，均对船用栏杆设置有明确规定：在内河客船载客甲板（干舷甲板、甲板室和上层建筑甲板等）的开敞部分，未设置舷墙的位置和甲板开口、梯口、平台边缘处应设置栏杆；在顶篷甲板上，若不是船员经常活动和工作处所，可设置矮栏杆或防滑板等安全保护设施。

内河客船露天甲板栏杆主要设计要点如下：

（1）强度：栏杆立柱、扶手、横档、玻璃的强度，需满足法规和规范要求；

（2）高度：栏杆高度应大于等于1 000 mm，但一般应小于等于1 200 mm；室外斜梯上的栏杆高度，垂直测量时，踏步面到栏杆顶部也不能小于1 000 mm；

（3）间隙：内河船栏杆立柱之间的距离不大于2000 mm；若两立柱之间的杆件采用水平布置，最低一档以下的净高度应不大于180 mmm；其他各档间净距应不大于280 mmm；若两立柱之间的杆件采用垂直布置，垂直杆件间净距应不大于110 mm；若两杆件之间设有挡板、花格、防护网、玻璃等能防护乘客跌落的装饰物，两杆件之间的净距可适当放宽；

（4）栏杆支撑：栏杆立柱应至少在每隔两根的下端与栏杆平面垂直的平面内设置肘板、撑条支撑，如每隔1档或每档都设置支撑的话可以适当减小支撑尺寸；

（5）玻璃应选用钢化玻璃、浮法玻璃或者聚碳酸酯玻璃；玻璃层数至多不超过三层。单层玻璃厚度不小于5 mm，两层玻璃的厚度之和不小于6.5 mm，三层玻璃的厚度之和不小于7.5 mm。

3 典型栏杆形式

常用内河船露天甲板固定式栏杆主要形式，可归纳为竖档栏杆、横档栏杆、玻璃栏杆三类；栏杆主要由栏杆立柱、扶手、横档、竖档、挡板等构成。其中，栏杆立柱、横档、竖档一般为金属材质，主要选用不锈钢、铝合金、镀锌碳钢等；栏杆高度一般取1000～1200 mm；立柱间距一般取1000～2000 mm。

3.1 横档栏杆

横档栏杆一般由栏杆立柱、扶手和3～4根横档组成，不设竖档：立柱一般选用扁铁、圆管或者矩形管；扶手一般选用圆管；横档选用稍小圆管或者实心圆材；栏杆立柱、扶手等均需要按标准选用或者强度计算。典型横档栏杆形式，如图1所示。

图1 横杆栏杆

3.2 竖档栏杆

竖档栏杆一般由栏杆立柱、扶手、1～2根横档和较密集竖档组成：立柱一般选用扁铁、圆管或者矩形管；扶手一般选用圆管；横档圆管或者矩形管；栏杆立柱、扶手等均需要按标准选用或者强度计算。典型竖档栏杆形式，如图2所示。

图2 竖杆栏杆

3.3 玻璃栏杆

玻璃栏杆一般由栏杆立柱、扶手和0～2根横档和玻璃板组成：立柱一般选用扁铁、圆管或者矩形管；扶手一般选用圆管；横档一般选用矩形管或型材；栏杆立柱、扶手、玻璃板等均需要按标准选用或者强度计算。典型玻璃栏杆形式，如图3所示。

图3 玻璃栏杆

3.4 各种栏杆形式对比

上述三种客船栏杆形式各有特点，在内河客船中均有应用。其中，横杆栏杆使用范围最广，玻璃栏杆近年来使用越来越多。各种栏杆形式对比，见表1。

表1 各种栏杆形式对比

4 强度计算

4.1 计算方法

常用的船用露天甲板栏杆的标准，主要有《CB/T 663-1999船用栏杆》和《GB/T 23425-2009 造船 货船栏杆》。这些标准较老，且所列栏杆形式较为单一，在货船上使用基本可以满足要求，但对于日新月异、形式多样的客船来说参考价值较低，因此客船栏杆一般为非标准栏杆，需要计算其强度。

内河船舶相关法规和规范，对于船用栏杆强度计算方法没有详细规定。在栏杆强度计算时，立柱和扶手考虑参考建筑设计标准《GB 50009-2012建筑结构载荷规范》进行直接计算，玻璃板参照规范关于玻璃幕墙的方法计算。

4.2 计算实例

某内河客船露天甲板栏杆采用玻璃栏杆形式：栏杆立柱间距1 500 mm，型号为扁钢-100x12，扶手为圆管φ42x3,材质均为304；栏杆玻璃为厚度7 mm双层夹胶钢化玻璃；栏杆所在甲板距满载水线高度为5 m。

该栏杆强度计算如下：

参考《GB 50009-2012建筑结构在载荷规范》：学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆、体育场，栏杆顶部的水平荷载应取1.0 kN/m，竖向荷载应取1.2 kN/m，水平荷载和竖向荷载应分别考虑（不同时考虑）；搬运和装卸重物以及车辆启动和刹车的重力系数，采用1.1～1.3。

（1）栏杆扶手在水平荷载作用下的强度计算

① 扶手在水平荷载作用下的弯矩计算值：

式中：q—扶手上作用的水平均布荷载标准值，q=1.0 N/mm；

k —扶手上作用的水平均布荷载动力系数，k=1.3；

L —扶手跨度，L=1 500 mm。

② 抗弯强度校核：

按简支梁抗弯强度,应满足：

式中：W—扶手在水平荷载作用方向的剖面模数, W=3346 mm；

σ—扶手许用弯曲应力,σ=205 MPa

M/W=109.272 MPa≤205 MPa

扶手在水平荷载作用下的抗弯强度，满足要求。

（2）栏杆立柱荷载计算

栏杆立柱为悬臂梁，底端固定，主要承受的荷载包括：玻璃板承受的荷载以集中荷载方式传递到立柱上；扶手承受的水平荷载以集中载荷方式传递到立柱上。

① 扶手传递的作用力：

② 玻璃板承受的荷载：

玻璃板承受的载荷参照规范关于玻璃幕墙的方法计算：

式中：P—玻璃板总载荷，N；

q—玻璃板承受的均布载荷，MPa；

a—玻璃板长度，a=1 500 mm；

b—玻璃板宽度，b=660 mm；

h—玻璃板中心距满载水线高度，h=5.51m；

P—每块玻璃通过单个驳接点传递给立柱的水平集中荷载，N。

（3）栏杆立柱弯矩计算

① 扶手力作用下在立柱根部产生的弯矩计算：

式中：H—扶手距甲板高度，H=1 020 mm。

② 玻璃板传递到立柱上的荷载在根部产生的弯矩：

式中：M—栏杆立柱根部总弯矩，N.mm；

M—玻璃连接节点1处力P在立杆根部产生的弯矩计算值，N.mm；

M—玻璃连接节点2处力P在立杆根部产生的弯矩计算值，N.mm；

H—玻璃连接节点1距甲板高度，H=710 mm；H—玻璃连接节点2距甲板高度，H=310 mm。

（4）栏杆立柱抗弯强度校核

按压弯杆件的抗弯强度，应满足：

式中：W—在弯矩作用方向的剖面模数，W=20000 mm；

σ—立柱许用弯曲应力，σ=205 MPa；

M/W=175.185 MPa≤205 MPa

栏杆立柱的抗弯强度，满足要求。

（5）玻璃板校核

式中：t—单层玻璃厚度，mm；

C—系数，C=0.083 1；

σ—玻璃许用弯曲应力σ=50 MPa。

玻璃幕墙计算时，双层玻璃时厚度不小于单层玻璃的1.25倍，即4.5 mm，实际选用厚度是7 mm，玻璃板强度满足要求。

4.3 计算说明

上文举例说明了玻璃栏杆的计算方法，横档栏杆和竖档栏杆的计算方法和玻璃栏杆类似。

5 栏杆布置

栏杆支柱与甲板边板要留有足够的间隙，便于甲板疏排水，一般最小净间隙在30 mm，常规在50～150 mm；如船舶设有圆弧舷缘，则栏杆支座应置于甲板平坦部位。

在斜梯口、直梯口、登乘绳梯口，根据需要可以设置栏杆门、活动小链、活动钢索等形式的活动部件，以便于人员通过。

在舷旁救生艇、救生筏、吊机等位置，可以根据需要设活动式栏杆以便于设备操作。

无论选用哪种栏杆，均需按照规范要求设置支撑。客船为了栏杆更加整齐美观和减少对通道的阻碍，比较常见的做法是每根立柱均设置小肘板或者加粗立柱。

6 总结

本文参阅船用栏杆相关法规、规范、标准以及文献的情况下，总结了内河船舶栏杆设计和布置要点。

本文介绍了三种典型的船用栏杆形式：横档栏杆、竖档栏杆、玻璃栏杆。这几种栏杆各有特点，在内河客船上均有应用，船舶设计时可根据需求选用。

本文还探讨了内河船舶栏杆强度的直接计算方法，对船舶设计人员有一定的参考价值。