船体结构设计方法及注意要点分析

何正云，袁江波

（连云港苏茂船舶技术服务有限公司，江苏 连云港 222000）

随着我国经济的快速发展，对水上交通、海洋开发的需求越来越大。船舶作为水上交通和海洋开发的重要技术装备，需要具有稳定的性能和多样化的功能。而科技水平的提升，使得船舶制造技术得到了大幅度提升，为水上交通和海洋开发提供了巨大的便利。因为船舶应用的领域较多，航行和作业环境较为恶劣，对船体产生的损坏较大，船舶需要承受的荷载越来越大。在这种情况下，需要不断优化船体结构设计，不仅要具有对抗内部及外部带来的各种冲击和腐蚀，还要在性能和功能上不断扩展。船体作为船舶的主要组成结构，船体结构的稳定性直接关系到整个船舶的安全性和稳定性，所以要不断优化船体结构设计，提高船体结构的稳定性，为船舶的安全高效作业创造良好的条件。

1 船体结构设计方法

1.1 船体结构设计的前期规划

在船体结构设计前，要对船舶的用途、功能、作业条件等各项要素进行详细的调查了解，只有明确这些要素，才能够对船体结构设计中的各项参数进行合理的规划。在船体结构设计时，还应该充分考虑船舶制造厂家的施工现场条件，现场条件是否能够满足设计方案的实施。如果施工现场条件与设计方案要求不符，不仅会影响船体结构的稳定性要去，还会影响施工的进度，以及是否能够继续施工。在明确施工现场条件后，在结构设计中应该考虑安全性、稳定性和经济性。只有确保船体结构的安全性和稳定性，才能够考虑外观的美观性和其他功能设计。船体的结构设计需要满足一定的力学条件，因为船舶经常需要在水上作业，所以要充分考虑天气、水文等条件对船舶航行产生的影响，对船体结构的承重性以及航行动力进行科学的计算，确保设计方案和各项设计参数的合理性。在保证船体结构安全性和稳定性的基础上，还要考虑成本预算问题，尽量避免材料的浪费，以稳定性为基础考虑材料的环保性能，最好能够找到安全和经济的结合点，确保设计方案的最优化。

1.2 船体结构的型式设计

船体结构的基础型式一般为板架结构，可以根据功能和位置的位置的不同，将其分为几个干板架。比如，甲板和船底板架可称为船体梁的上翼板和下翼板，舷侧板架为腹板，功能不同，骨架的排列模式不同，一般情况下，为横纵骨架式结构。针对规模较大的船体结构设计，应该对船体的承重条件进行计算，然后有针对性地调整架构模式。在甲板和船底设计中，一般会使用纵向承重骨架，可以利用纵向的支撑力来提升整个船体的稳定性。在选择板材时，也要根据受力条件来确定，以确保船体能够在最恶劣的条件可以最大限度地承受荷载。船舷一般会采用横向结构设计，既不占用空间，又具有较好的平衡力，可增加仓容量，从而提升船体的载重能力。因为船舶规模较大，所以一会都会采用分段设计，这样骨架在横纵向设计过程中，就需要充分考虑到分段合拢过程中的接口问题，确保骨架结构之间能够完美对接，确保船体结构的稳定性和安全性。

1.3 船体结构的分段设计

分段设计是船体结构设计中经常会用到的方法，因为船体的规模较大，组成的构件较多，要想完成一体化设计和建造具有很大的难度，而且还会在部分环节出现设计问题。虽然采用分段设计还需要考虑后期的组合问题，但是却在设计和建造的过程中节省很多精力，降低一定的难度，在设计、生产、建造以及检测等环节都具有一定的便利性。在分段过程中，主要是要考虑船体整体结构的受力，功能等因素，可以首尾结构拆开，也可以上下结构拆开，具体可根据船体实际情况而定。在分段时，要充分考虑组合时的需求，设计要具有前瞻性和统筹性，为后续组装工作奠定良好的条件。

1.4 分段接口的合理化设计

在船体结构分段设计时，要做好分段接口的合理化设计，以确保后期装配时，两个部分能够顺利组合，并且保证整体结构的稳定性。在以往的分段设计中，一般都会将船体划分为独立的段落。P型的分段方式在组装时往往会出现重心不稳的现象，而且还需要大量的辅助支撑装置才能够完成装配，直接影响整体结构的稳定性和安全性，所以应该对这种分段方式进行优化处理。通过优化后的分段接口形式可以采用R型分段，在船体断开的节点处加设面板。这种方式可以简化分段装配的难度，还可以提高焊接效率，确保船体整体结构的稳定性。在分段接口处理中，还可以通过降低舾装船台工作量的方式改进设计方案。一般机舱都会划分为双层底、上下平台几个分段，在双层底分段时，外板部分可以略高于双层底100～150mm，可有效降低装配作业时的工作量，缩短施工时间，提高装配效率。在实际分段设计处理时，还应该根据船体的具体情况而定，采用最合适船体结构的接口方式，既能够保证结构的稳定性，又能够为装配工作提供便利条件。

2 船体结构设计中的注意要点

在船舶建造规模越来越大，负荷越来越重的情况下，船舶的结构也变得更加复杂。在船体结构设计中，任何一个细节的疏忽，都可能影响整个船体结构的稳定性。所以在船体结构设计中，除了主体部分的设计，还应该加强对细节的设计处理。

2.1 辅助支撑装置设计

因为船舶规模较大，所以在船体结构设计过程中，为了保证结构的稳定性和生产进度，一般都会采用分段设计的方式。有些分段设计在装配时会出现重心不稳的情况，为了保证装配作业的安全性和结构的稳定性，就需要利用辅助支撑装置，以便对主体部分能够起到良好的支撑作用。虽然辅助支撑装置并不是船体的组成部分，但是在分段装配作业需要时，应该高度重视辅助支撑装置的重要性，并且做好明确而详细的规划，可在设计图纸中予以说明。为了确保辅助支撑装装置在实际应用中能够发挥最大作用，设计人员可以与其他部门进行沟通，对辅助支撑装置的类型、安装的位置、安装步骤等进行协商，既能够保证生产制造作业的高效进行，又能够最大限度地发挥辅助支撑装置的作用。

2.2 船体结构设计中其他应该注意的细节

在船体结构时，还有很多细节需要注意，有些细节处理不好，不仅会对后期其他部分的安装设计带来难度，还会因为改变原有结构而降低船体结构的稳定性。所以在船体设计之前，应该对整体结构进行统筹规划，充分考虑后期可能遇到的问题，同时还要借鉴其他设计案例或者以往的经验，提前做好各项准备工作。比如，对于过梁孔补板问题的处理，在后期安装施工作业中，机舱是各种管线较为集中的区域，如果前期设计不合理，那么在安装管线时，就会在船体结构上打孔，不仅破坏美观性，同时也会对船体结构的稳定性产生一定的影响。为了改善这一问题，可以将原来的过梁孔直接改成镶嵌型的切口，这样就会为管线布置留出大量的空间，尽量减少或者避免过梁孔。在分段设计时，还会遇到断梁问题。在装配作业中的截梁接梁，不仅会增加工作量，而且还影响结构的稳定性。为了改善这一问题，可以将扶强材与梁上下两端的肘板进行连接，将对接转变为搭接的方式，即可缩短装配工作量和时间，又能够保证结构的稳定性。在实际设计工作中，还有很多细节需要处理，这就需要船舶设计人员要不断提升自身的专业水平，积累大量的经验，能够不断优化船体结构设计方案，切实保证船体结构设计的稳定性和安全性。

3 结语

船舶作为我国经济发展中的重要技术装备，在促进水上交通、海洋开发和国防建设中贡献了巨大的力量。为了进一步促进船舶制造业的发展，我国的船舶逐渐向大规模、大重量、智能化的方向发展，在功能上不断增强，在性能上不断完善。船体作为船舶的重要组成部分，船体结构的稳定性直接关系到整个船舶的稳定性。所以在船体结构设计过程中，应该根据船舶的用途、功能、航速、荷载、运行环境等各项要素来制定设计方案。在船体结构设计中应该不断优化设计方法，加强对各个细节的处理，切实提升船体结构设计技术水平，为推动我国经济的发展创造良好的条件。