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摘 要：在船体结构设计过程当中，必须要考虑到现场设备、施工流程以及船体制造的相关厂家的规律进行船体结构的设计，不仅能够有效的确保船体结构的强度，还能够保证生产需求得到满足，符合相应的规范要求。在设计过程当中需要根据船体的使用需求，详细的了解情况，制定科学、合理的计划方案。本文对船体主船体结构设计的若干问题进行探讨分析。
关键词：船体；结构设计；问题分析
概述
在船体结构设计的过程中，应当认真考虑其实用性能，在使船体结构安全性得到保证的前提下使船体外观变得更加美观。在船体的设计理念中，稳定性处于基础地位，船只结构设计应当与相关力学条件符合。运用实际的航海定律，充分考虑水位与天气因素所造成的影响，使船体结构的承重性能得到充分保障，在设计船体外部形态的过程中，应当满足航行动力的相关要求。为了保证设计工作的科学性与合理性，应当做好相关经验的积累与总结工作，运用科学的方式方法进行构思与计算。关于船体结构稳定性能的要求方面，指的是建造技术水平应当与设计条件相适应，在建造的过程中，应当对设计参考材料的具体功能进行认真考虑。在设计船体时，预估因素与使用因素占据非常重要的位置。从安全性这一角度出发，船体设计的根本要求就是其实用性。从所投入使用结算成本的角度出发，作为设计师应当根据实际的预算情况，开展相关使用技术的改进工作，确保实现安全与利益的最优结合，认真贯彻并落实经济设计的原则，最大限度地减少材料浪费状况的发生，在选择所运用的材料时，应当优先考虑并最大程度地运用环保安全科学的材料。
一、纵、横向主要构件
《钢质海船入级规范》规定：“主要构件的布置，应确保结构的有效连续性，避免剖面或高度的突然变化。……液舱内的主要构件应构成一个连续性的支撑，并尽可能构成一个完整的环形框架。环形框架的接合处应做成具有足够半径的圆角”。CSR则进一步明确规定：“纵向构件的布置应确保强度的连续性。承受船体梁总纵强度的纵向构件应向船舶的端部连续延至足够的距离。特别是，应确保货舱区域内的纵舱壁包括垂直和水平主要支撑构件连续延伸至货舱区域以外”。“双舷侧结构应通过在双层壳体范围内设置强肋骨和舷侧纵桁进行全面加强。内舷侧结构，包括纵桁，在货舱区域内应保持连续，并延伸至货舱区域外”。
为有效提高船体的总纵强度，散货船的顶边舱和底边舱都是很强的三角形箱形结构，并且还有一个很强的双层底结构及一个很强的甲板结构。单壳体散货船货舱区域双层底高度除要满足总布置的要求外，还应满足规范对一般干货船的要求。散货船双层底结构多为纵骨架式，在机舱区域，至少每隔1个肋位上应设置实肋板，但在主机座、锅炉座、推力轴承座下的每个肋位上均应设置实肋板。横舱壁下和支柱下应设置实肋板。距首垂线0.2L以前区域应在每隔1个肋位上设置实肋板，其余区域每隔3个或4个肋位设置1实肋板。CCS规定，实肋板的最大间距为3.60m。船体中线面处应设有中桁材，但现代大型散货船已广泛应用箱型中桁材代替中桁材。在中桁材的两侧要设置旁桁材，CSR规范规定：“相邻桁材的间距一般应不小于4.6m或船底或内底普通扶强材的间距的5倍，取较小者”。当有隔舱装载时，一般每隔3～4个纵骨间距设置一旁桁材。另外，在中桁材和旁桁材以及管隧的侧板上可设置纵向加强筋，以满足稳定性的需要。
二、底邊舱结构
双层底的内底板与底边舱的斜顶板之间的连接有直接焊接形式和圆弧形式两种。当为直接焊接时，旁桁材应与斜顶板对齐，双层底的内底板伸出旁桁材不超过50mm，以便焊接。如果伸出太多将会影响底边舱横向框架的扇形补板在该处的安装与焊接，对该处的节点连接不利。内底板伸出的端部应加工成圆形状。构件之间的连接必须焊透。当采用圆弧形式时，旁桁材与内底板和斜顶板的交点的距离约为50～70㎜。
货舱区域内底边舱的斜顶板应为纵骨架式，其底部和舷侧一般也为纵骨架式，其舭部区域可为纵骨架式，也可为横骨架式，但多数设计成横骨架式。
底边舱的斜顶板与内底板之间的倾斜角一般在45°～50°之间。底边舱内在肋板处应设有支持纵骨的横向强框架，横向强框架上开有较大的通道孔，开孔边缘应用扁钢进行加强。横向强框架边缘的加强扁钢与纵骨之间一般均应设置加强筋，以提高横向框架腹板的稳定性。纵骨穿过横向框架的开孔处应设置补板，补板尺寸应按规范要求。补板须与内外底板、外板连接。
三、顶边舱结构
散货船的顶边舱由甲板板、斜底板、舱口纵桁和一部分舷侧外板构成。顶边舱内一般采用纵骨架式的结构，横向设有环形的强框架以支持纵骨。横向强框架的间距应不大于6个肋距，框架腹板的高度不小于纵骨高度的2倍，其结构形式与底边舱基本相似。横向框架也可用开孔的板来代替。顶边舱四周的板上全部设置纵骨，各个角上都安装肘板，以增加节点处的刚性。
四、箱形中桁材
散货船在双层底中线面处可设置箱形中桁材，代替一般的中桁材。箱形中桁材包括两道平行的水密侧板（底纵桁）和内、外底板、骨材等。
这是一道沿船长方向水密的内部通道，通常从防撞舱壁通向机舱前端壁。箱形中桁材主要用于集中布置管系，避免管子穿过货舱而妨碍装货。机舱前端壁开有水密装置的人孔便于人员进入箱形中桁材内检查。此外，箱形中桁材应设通向露天甲板的应急出口。机舱及其后面的舱内可不设置箱形中桁材，因为管系可布置在机舱的双层底上面和轴隧内。
箱形中桁材的侧板的厚度应不小于水密肋板的厚度。为保证船舶进坞时底纵桁能搁置在墩木上，两侧板的距离不大于2m。为了补偿横向强度的削弱，箱形中桁材区域的船底板和内底板应适当增厚。箱形中桁材内不设置肋板，而设置横向骨架。横向骨架的结构形式一般有两种：一种是环形框架形式，另一种是船底横骨和外底横骨形式。横骨架式结构箱形中桁材的每个肋位上应设环形框架或船底横骨和内底横骨。横骨的跨度中央设间断的纵向骨材。纵骨架式结构箱形中桁材在每档主肋板处设置环形框架或内、外底横骨。船底横骨和内底横骨的两端应逐渐放大，与箱形中桁材侧板连接，其放大后的高度和长度应不小于骨材高度的1.5倍。同时侧板外侧无肋板的肋位上，应设置与实肋板等厚的肘板，并与船底和内底纵骨连接。箱形中桁材端部与中桁材的衔接处，至少应有不小于3个肋距的相互交叉过渡区，以保证结构纵向的连续性。
五、有关构件的连接、连续
“在船体结构的高应力区域处，构件连接部位的应力集中是产生船体结构疲劳损坏的主要因素”。因此，在船体结构设计时应充分注意构件连接部位的设计，并通过疲劳强度校核，改进结构节点的设计，以保证船体结构中受交变载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。
（1）单壳体散货船货舱舷侧通常采用横骨架式，每个肋位设主肋骨，其上下两端应用肘板与底边舱和顶边舱相连接。且其理论线应与舱内有关构件的理论线对齐。肘板的端部应设计成软趾，以减少结构节点处的应力集中及疲劳积累损伤。肘板面板的削斜长度应大于或等于2.5倍面板宽度。肋骨与肘板的连接可用对接也可用搭接的形式。用搭接形式时，搭接的长度应大于或等于肋骨高度的1.25倍。
（2）纵向强构件间断后应进行有效的过渡，应较好的考虑底边舱、顶边舱首、尾末端结构的连续性，确保主要纵向构件的连续，避免剖面或高度的突然变化，使得构件不连续而产生应力集中。
当构件在舱壁或其他主要构件的两侧对接时，应保证其位置在同一条直线上。如在舷侧纵桁与横舱壁的连接处，应设置连接肘板或采取其他等效措施。在舷侧纵桁与强肋骨的连接处，应使舷侧纵桁的面板或折边具有足够的连续性，如甲板纵桁的端部与横舱壁的连接应按规范规定。对于参加总纵强度的甲板纵桁，应特别注意其在横舱壁处的结构纵向连续性。
六、结束语
船舶结构设计的过程实际上是一个科学的研究、论证、优化的过程。在满足强度的前提下，优化结构设计，尽可能地减少船体自重，提高载重能力。在选用船体构件材料规格时，主要考虑经济性；在保证船体强度和使用要求下尽量减少船体结构重量，以提高船舶的载重量。绝对不能盲目地追求超载状态的所谓“船舶强度”，导致船体自重增加，船舶建造成本的提高，船舶航速降低，营运收入减少，实际船体结构也未达到加强的目的。
参考文献：
[1]石国政.内河船舶重大改装问题探讨[J].交通科技.2014（01）
[2]刘晓波.正确应用规范提高船体结构设计水平[J].中国水运.2006（07）
关键词：船体；结构设计；问题分析
概述
在船体结构设计的过程中，应当认真考虑其实用性能，在使船体结构安全性得到保证的前提下使船体外观变得更加美观。在船体的设计理念中，稳定性处于基础地位，船只结构设计应当与相关力学条件符合。运用实际的航海定律，充分考虑水位与天气因素所造成的影响，使船体结构的承重性能得到充分保障，在设计船体外部形态的过程中，应当满足航行动力的相关要求。为了保证设计工作的科学性与合理性，应当做好相关经验的积累与总结工作，运用科学的方式方法进行构思与计算。关于船体结构稳定性能的要求方面，指的是建造技术水平应当与设计条件相适应，在建造的过程中，应当对设计参考材料的具体功能进行认真考虑。在设计船体时，预估因素与使用因素占据非常重要的位置。从安全性这一角度出发，船体设计的根本要求就是其实用性。从所投入使用结算成本的角度出发，作为设计师应当根据实际的预算情况，开展相关使用技术的改进工作，确保实现安全与利益的最优结合，认真贯彻并落实经济设计的原则，最大限度地减少材料浪费状况的发生，在选择所运用的材料时，应当优先考虑并最大程度地运用环保安全科学的材料。
一、纵、横向主要构件
《钢质海船入级规范》规定：“主要构件的布置，应确保结构的有效连续性，避免剖面或高度的突然变化。……液舱内的主要构件应构成一个连续性的支撑，并尽可能构成一个完整的环形框架。环形框架的接合处应做成具有足够半径的圆角”。CSR则进一步明确规定：“纵向构件的布置应确保强度的连续性。承受船体梁总纵强度的纵向构件应向船舶的端部连续延至足够的距离。特别是，应确保货舱区域内的纵舱壁包括垂直和水平主要支撑构件连续延伸至货舱区域以外”。“双舷侧结构应通过在双层壳体范围内设置强肋骨和舷侧纵桁进行全面加强。内舷侧结构，包括纵桁，在货舱区域内应保持连续，并延伸至货舱区域外”。
为有效提高船体的总纵强度，散货船的顶边舱和底边舱都是很强的三角形箱形结构，并且还有一个很强的双层底结构及一个很强的甲板结构。单壳体散货船货舱区域双层底高度除要满足总布置的要求外，还应满足规范对一般干货船的要求。散货船双层底结构多为纵骨架式，在机舱区域，至少每隔1个肋位上应设置实肋板，但在主机座、锅炉座、推力轴承座下的每个肋位上均应设置实肋板。横舱壁下和支柱下应设置实肋板。距首垂线0.2L以前区域应在每隔1个肋位上设置实肋板，其余区域每隔3个或4个肋位设置1实肋板。CCS规定，实肋板的最大间距为3.60m。船体中线面处应设有中桁材，但现代大型散货船已广泛应用箱型中桁材代替中桁材。在中桁材的两侧要设置旁桁材，CSR规范规定：“相邻桁材的间距一般应不小于4.6m或船底或内底普通扶强材的间距的5倍，取较小者”。当有隔舱装载时，一般每隔3～4个纵骨间距设置一旁桁材。另外，在中桁材和旁桁材以及管隧的侧板上可设置纵向加强筋，以满足稳定性的需要。
二、底邊舱结构
双层底的内底板与底边舱的斜顶板之间的连接有直接焊接形式和圆弧形式两种。当为直接焊接时，旁桁材应与斜顶板对齐，双层底的内底板伸出旁桁材不超过50mm，以便焊接。如果伸出太多将会影响底边舱横向框架的扇形补板在该处的安装与焊接，对该处的节点连接不利。内底板伸出的端部应加工成圆形状。构件之间的连接必须焊透。当采用圆弧形式时，旁桁材与内底板和斜顶板的交点的距离约为50～70㎜。
货舱区域内底边舱的斜顶板应为纵骨架式，其底部和舷侧一般也为纵骨架式，其舭部区域可为纵骨架式，也可为横骨架式，但多数设计成横骨架式。
底边舱的斜顶板与内底板之间的倾斜角一般在45°～50°之间。底边舱内在肋板处应设有支持纵骨的横向强框架，横向强框架上开有较大的通道孔，开孔边缘应用扁钢进行加强。横向强框架边缘的加强扁钢与纵骨之间一般均应设置加强筋，以提高横向框架腹板的稳定性。纵骨穿过横向框架的开孔处应设置补板，补板尺寸应按规范要求。补板须与内外底板、外板连接。
三、顶边舱结构
散货船的顶边舱由甲板板、斜底板、舱口纵桁和一部分舷侧外板构成。顶边舱内一般采用纵骨架式的结构，横向设有环形的强框架以支持纵骨。横向强框架的间距应不大于6个肋距，框架腹板的高度不小于纵骨高度的2倍，其结构形式与底边舱基本相似。横向框架也可用开孔的板来代替。顶边舱四周的板上全部设置纵骨，各个角上都安装肘板，以增加节点处的刚性。
四、箱形中桁材
散货船在双层底中线面处可设置箱形中桁材，代替一般的中桁材。箱形中桁材包括两道平行的水密侧板（底纵桁）和内、外底板、骨材等。
这是一道沿船长方向水密的内部通道，通常从防撞舱壁通向机舱前端壁。箱形中桁材主要用于集中布置管系，避免管子穿过货舱而妨碍装货。机舱前端壁开有水密装置的人孔便于人员进入箱形中桁材内检查。此外，箱形中桁材应设通向露天甲板的应急出口。机舱及其后面的舱内可不设置箱形中桁材，因为管系可布置在机舱的双层底上面和轴隧内。
箱形中桁材的侧板的厚度应不小于水密肋板的厚度。为保证船舶进坞时底纵桁能搁置在墩木上，两侧板的距离不大于2m。为了补偿横向强度的削弱，箱形中桁材区域的船底板和内底板应适当增厚。箱形中桁材内不设置肋板，而设置横向骨架。横向骨架的结构形式一般有两种：一种是环形框架形式，另一种是船底横骨和外底横骨形式。横骨架式结构箱形中桁材的每个肋位上应设环形框架或船底横骨和内底横骨。横骨的跨度中央设间断的纵向骨材。纵骨架式结构箱形中桁材在每档主肋板处设置环形框架或内、外底横骨。船底横骨和内底横骨的两端应逐渐放大，与箱形中桁材侧板连接，其放大后的高度和长度应不小于骨材高度的1.5倍。同时侧板外侧无肋板的肋位上，应设置与实肋板等厚的肘板，并与船底和内底纵骨连接。箱形中桁材端部与中桁材的衔接处，至少应有不小于3个肋距的相互交叉过渡区，以保证结构纵向的连续性。
五、有关构件的连接、连续
“在船体结构的高应力区域处，构件连接部位的应力集中是产生船体结构疲劳损坏的主要因素”。因此，在船体结构设计时应充分注意构件连接部位的设计，并通过疲劳强度校核，改进结构节点的设计，以保证船体结构中受交变载荷作用的构件有足够的疲劳寿命。
（1）单壳体散货船货舱舷侧通常采用横骨架式，每个肋位设主肋骨，其上下两端应用肘板与底边舱和顶边舱相连接。且其理论线应与舱内有关构件的理论线对齐。肘板的端部应设计成软趾，以减少结构节点处的应力集中及疲劳积累损伤。肘板面板的削斜长度应大于或等于2.5倍面板宽度。肋骨与肘板的连接可用对接也可用搭接的形式。用搭接形式时，搭接的长度应大于或等于肋骨高度的1.25倍。
（2）纵向强构件间断后应进行有效的过渡，应较好的考虑底边舱、顶边舱首、尾末端结构的连续性，确保主要纵向构件的连续，避免剖面或高度的突然变化，使得构件不连续而产生应力集中。
当构件在舱壁或其他主要构件的两侧对接时，应保证其位置在同一条直线上。如在舷侧纵桁与横舱壁的连接处，应设置连接肘板或采取其他等效措施。在舷侧纵桁与强肋骨的连接处，应使舷侧纵桁的面板或折边具有足够的连续性，如甲板纵桁的端部与横舱壁的连接应按规范规定。对于参加总纵强度的甲板纵桁，应特别注意其在横舱壁处的结构纵向连续性。
六、结束语
船舶结构设计的过程实际上是一个科学的研究、论证、优化的过程。在满足强度的前提下，优化结构设计，尽可能地减少船体自重，提高载重能力。在选用船体构件材料规格时，主要考虑经济性；在保证船体强度和使用要求下尽量减少船体结构重量，以提高船舶的载重量。绝对不能盲目地追求超载状态的所谓“船舶强度”，导致船体自重增加，船舶建造成本的提高，船舶航速降低，营运收入减少，实际船体结构也未达到加强的目的。
参考文献：
[1]石国政.内河船舶重大改装问题探讨[J].交通科技.2014（01）
[2]刘晓波.正确应用规范提高船体结构设计水平[J].中国水运.2006（07）