李鑫

摘  要：船体结构设计作为船舶制造中的一个重要环节，其设计质量的高低不仅关系着整个船舶的建造质量，对于海洋工程的发展具有极其重要的现实意义。传统理念下的船体结构设计主要以数据、描述结构以及外形尺寸作为主要参考依据，忽略了设计和数据信息的规范，十分不利于船体结构设计的修改。在基于船舶与海洋工程的船体结构设计，如何设计出既完美又可以快速修改的船体结构图，是所有船体设计师始终追求的目标。基于此，本文探讨基于船舶与海洋工程的船体结构设计思路，以供各位同仁参考与借鉴。

关键词：船舶与海洋工程  船体结构设计  理念与要求  形式  方法

中图分类号：U662              文献标识码：A                 文章编号：1674-098X（2021）01（b）-0009-03

Hull Structure Design Based on Ship and Ocean Engineering

LI Xin

（China Merchants Heavy Industry （Jiangsu） Co.， Ltd.， Nantong， Jiangsu Province， 226116 China）

Abstract： As an important link in ship manufacturing， the design quality of hull structure design is not only related to the construction quality of the whole ship， but also has extremely important practical significance for the development of ocean engineering.The traditional hull structure design mainly takes data， description structure and outline size as the main reference basis， ignoring the specification of design and data information， which is not conducive to the modification of hull structure design.In the design of hull structure based on ship and ocean engineering， how to design the hull structure diagram which is both perfect and can be modified quickly is the goal that the hull designers always pursue.Based on this， this paper discusses the hull structure design ideas based on ships and ocean engineering for the reference of colleagues.

Key Words： Ship and ocean engineering;Design of hull structure;Ideas and requirements;Form;Methods

随着我国经济的不断发展，船舶行业也获得了新的发展机遇。为此，对船体结构设计质量提出了更高要求。想要切实做好船体结构设计，必须要重点围绕船体结构设计及建造的细节处理进行分析，不仅要对船体结构设计理念进行了解，还会对船体结构设计以及建造的相关细节处理。

1  船體结构设计的理念与要求

1.1 船体结构设计理念

对船体结构设计理念进行分析，是船体结构设计的基础与前提。首先，从船体结构设计的工作总量来分析，船体结构设计占据整个工程量的1/2及以上，它作为多工种参与的综合性设计工作，与其他专业之间有着十分密切地联系。因此，船体结构设计的准备工作十分重要。而在通常情况下，需要设计者先对在船体结构设计中需要使用到的各类施工工具的条件予以确认，然后在结合船体设计的实际情况制定出适合的设计方案、施工要点以及建造图纸。与此同时，还要与管理人员做好充分的协调与沟通工作，针对具体的船体结构设计加以科学合理的管理。

1.2 船体结构设计要求

船体结构设计的主要内容是在满足船舶总体设计的要求下，解决船体结构的形式、构件的尺度与连接等设计问题，保证船体具有很好的强度和良好的技术经济性能。权衡结构设计质量的优劣，主要从几方面考虑：安全性、适用性、整体性、工艺性、经济性等。

船体结构设计要以使用性能为根本目的，在满足安全性与可靠性的同时，对船体的外观再进行更进一步的美化设计，船只的安全航行与顺利抵达是实现一切经济利益与社会效益的保证，而船体的稳固性是船体结构设计基本要求。因此，船体结构设计既要符合力学的原理，还需要参考实际的航海条件，并能综合天气、水文等客观因素的影响，使船体结构外形设计满足航行动力的要求。同时，船体结构设计还要充分考虑材料的使用性能，比如其中板材的设计要满足船体设计的弯曲度，或者过厚的板材都不能达到预期的设计目标，更不能为了节约成本使用劣质的材料来以次充好，进而影响船只的质量。此外，实用性设计也是设计者们在船体结构设计中必须考虑的问题，再比如船舱和甲板等的设计要根据船体的实际装载需求进行合理地设计，要既能容纳预计的人员或者载重的货物，又要能遵循安全与舒适性等的原则。

2  船体结构设计应当注意的问题

船体结构的强度是以建造材料的质量与型式为基础的，它是保证船体结构设计是否具备一定的强度、刚度和稳定性的前提条件，更是船体结构设计者们必须考虑的又一重要问题之一，否则所设计出来的船体结构就很容易出现变形、损坏等的问题，进而影响船只的使用寿命，甚至还会造成人身与财产事故的发生。其中，如果构件尺寸过大、强度过剩，不仅会造成材料的浪费和成本的加剧，还会造成船舶自身重量的增加，对船体局部的强度造成一定的负面影响。因此，在基于船舶与海洋工程的船体结构设计，在满足安全性与稳定性的要求下，要尽量缩减构件的尺寸，并加强对船体局部的设计。与此同时，在船体结构设计中，还要考虑作业时间长和多用途的特点，要有足够的仓容积，而舱室多和舱室小的船体结构设计，其施工难度也会较大一些。故而，还要满足船体结构设计的工艺性要求，最大限度地扩大船体的建造范围，减少立体分段、合理布置焊缝，选择自动焊与二氧化碳气体保护焊等的方式减少和降低焊接的变形。此外，还要优化施工环境，合理避免在狭小、密闭的空间环境下施工，使船体结构的形式与连接方式可以兼顾出船舶的维修与保养。

3  船体结构设计的形式

3.1 基本形式

船体结构设计的基本方式是由板材与型材共同组合而成的，又称作为板架结构，根据板架结构在船体中所占据的位置和发挥的作用，又将其分成若干个板架，比如船底板架、甲板板架、舷侧板架以及舱壁板架等。从船体梁结构可知：甲板板架与船底板架相当于船体的上下翼板，舷侧板架和舱壁板架相当于船体的梁与腹板，他们分别发挥的作用和骨架的排列方式都是不尽相同的，通常分为横骨架式船体结构、纵骨架式船体结构和混合骨架式船体结构。横骨架式船体结构适用于纵向强度不大的中小型船舶;纵骨架式船体结构适用于纵向强度较高的大型船船;混合骨架式船体结构主要适用于大中型的干货船。因此，在具体的设计过程中，板材既要满足不同类型船体的受力要求，也要综合考虑船体在极端条件下的承重上限与下限，并结合实际情况设计横向结构，进而保证船体的受力均匀和载重性能良好。

3.2 纵向结构设计形式

在船体的纵向结构设计中，有很多的纵向构件需要穿过横向构件。同时，在分段合拢的过程中，由于纵向构件的接口比较多，这些都是造成纵骨架势结构装配困难的重要因素。所以，在某些特定的情况下，船体的甲板和船底的设计也要通过骨架式结构设计完成。而对于干货船船体的设计，上甲板采用横骨架势的情况如下：当船长在10～130m的时候，L/D应当<12 ，总弯距和中刨面模数要求值也都比较小，局部强度条件是船体结构设计过程中必须考虑的问题。上甲板主要作用是用来放置货物，因此横向载荷较大，如果采用纵骨架式结构，较大的横梁就会影响舱容。对于船底采用的横骨架式结构设计的情况如下：当船身小于10m时，船底外板的厚度不得由强度条件来确定，而是应当由锈蚀的磨损程度来控制，又由于船底容易遭到搁浅，舱内出现抓斗起货后者是底板没有护板的时候，船底的厚度也应当由磨损的程度来决定。

4  船体结构设计的方法

众所周知，船舶造价高、使用周期长、工作环境恶劣，其在使用的过程中也难免会遭遇各类事故，而这些事故的发生本身就会对船体的结构带来一定的影响，可能还会导致船体结构失去工作能力，造成巨大的经济损失，为了避免以上问题的出现，期望可以通过确定性设计法和结构可靠性分析法提高船舶的使用性能。

4.1 确定性设计法

基于船舶与海洋工程的船体结构的确定性设计法又可以分为以下两种类型：

（1）规范设计法。既船体的主要尺寸、结构形式、施工要求和营运方式。在这一设计过程中，要按照船体建造规范构件的布置情况和尺寸的大小，再结合船体的总强度与局部强度的审查标准，对已经完成的设计船体结构的稳定性和安全性进行严格的检查，一旦发现有任何的不足之处，要及时在原设计方案上进行修改，重复校核，直到满足相关的规范要求为止。

（2）直接计算法。直接计算法指的是根据船体构件的布置，将全部不可罗列的特征进行规范的一种设计方法，这就需要设计师必须具备结构力学的相关知识，再结合船体不同构件的受力情况，对船体结构进行强度计算，促使船体结构可以具备良好的力学性，最后完成对船体的优化设计。

4.2  结构可靠性分析法

在船体结构设计的可靠性分析法中，首先要将有关的参数设置为定值，而所使用的参数都应当作为船体强度的储备，使人们对船体结构产生固定的印象，认为船体的结构是绝对安全的，是不容易遭到破坏的;其次，将所有的船体结构形式都通过空间板梁组合的方式完成设计。这样一来，当船体结构中的任何一个构件失去作用的时候，不仅内力会重新实现分配，而整个结构还会继续工作。这样也方便维修人员去研究某一构件失去作用的原因和对船体的影响，进而对船体的可靠性进行充分地分析与计算。结构可靠性分析法指的是船体结构在规定的时间内和条件下完成的预定功能概率，即满足船体结构的全部功能。诚然，目前我国所采用的船体结构设计依然沿用的是概率论的分析方法，还具有很大的发展空间。

5  结语

综上所述，基于船舶与海洋工程的船体结构设计离不开科学合理的设计理念与设计要求，本文论述的船体结构设计从应当注意的问题、主要形式、钢材的选择以及设计的方法都紧紧围绕了船体设计的实际情况而展开，这为船體的设计者提供了一个良好的指导，实现了船体设计质量和效率向结合的目标，降低了船体设计的成本。

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