船舶结构规范设计概要

船级社主要职责

规范监督船的建造
允许船舶正式“入级” 办各种国际协定所要求的证书 对使用中的船舶作定期检查，以确定这些 船是否仍保持在“级”内。



共同规范


2006年4月1日，国际船级社协会(IACS)油船和散 货船共同结构规范(Common Structure Rule，CSR) 正式实施。该规范应用了当前船舶科学发展前沿 的新技术、新材料、新理念。CSR对船舶强度的评 估范围，较传统的有很大延伸。CSR规范首次明确 区分了净尺寸和腐蚀增量，同时考虑了船舶的服 务、极限、疲劳、破损4种有限状态，应用了以载 荷为第一设计准则的力学理论公式，是一套符合 基于目标型标准的规范体系。 满足国际海事组织对于船舶使用寿命的更高要求 是CSR的目的之一。
已知条件
在船舶总体设计初步完成后进行， 此时已经确定条件：
1. 2. 3.
主尺度 型线图 总布置图和按设计任务书对结构的要求 （船舶用途、航区、装载情况、建筑形成、 甲板层数、主要设备及使用要求等）
主要任务

确定整个船体结构设计的原则，如选择材料、 骨架形式、肋骨间距、分析结构质量对经济性 的影响。 解决结构设计中的主要技术问题，确定构件的 尺寸和连接方式，同时应充分考虑结构施工的 可行性。
结构与工艺性的矛盾
在结构设计时，还必须考虑到结构工艺性要求。 好的结构工艺性包括： 1. 考虑到船舶所有部位的装配和施焊的可能性； 2. 尽可能扩大分段建造范围，缩短造船周期，改善作 业条件，提高造船质量； 3. 尽量简化零部件结构，减少规范品种，尽可能采用 标准件； 4. 尽量减少零部件的曲线外形，结构上的开孔、切角 等应符合标准尺寸或常取尺寸； 5. 考虑船体结构维修与保养的可能性与方便性等。
船体规范设计的局限性

规范制订中某些不合理因素限制了新型结构 设计的合理性 不断诞生的新型船舶无法依据规范进行结构 设计
造船新材料的问世也使得原有规范不能适用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ


规范法设计的基本步骤

调查分析：根据对母型船的调查研究和所设计 船的特殊要求，分析所设计船的船体强度要求， 选择合适的建造规范。 结构形式：根据型线图和总布置图，绘制中剖 面图、基本结构图和肋骨线型图等草图，并进 行结构构件的初步布置。


计算设计局限性


依赖经验： 目前，船体结构的计算设计必须辅之以经验 设计才能完成。这是由于船舶结构设计的计算 方法还不完整，计算设计一般只能在船舶中部 的结构设计中实现，对于首、尾这些复杂部分 还需参考型船进行设计。 工作量巨大。
规范设计

定义：规范设计是指按照有关部门颁布的规范来进行 船体结构的布置及构件尺寸的确定。 特点：规范根据以往的经验，且统计分析了大量型船 资料和实船测量资料，并辅之以日趋发展的结构力学 计算方法，总结出一系列的规定和经验公式，作为新 船船体结构设计的依据。利用规范设计船体结构能比 较方便地确定构件的布置与尺寸。目前，民用船舶一 般都采用规范设计。
共同规范的影响




所有IACS的成员 将贯彻CSR，从而可以有效避免 竞争导致协会成员降低技术标准的可能。 CSR要求增加船舶关键部位的钠材厚度，造船成本 的增加，致船舶的运费收入减少。 对于船舶维护，CSR提出了更高要求，这会导致船 舶的维护成本上升。 从长期来看总的成本却不见得增加，因为适当的 维护可以有效降低船舶修理的次数，缩短修理的 时间，从而提高船舶的实际运营效率。
受力的均匀性和有效传递原则

结构构件的布置要尽可能均匀，以避免构 件规格太多或是造成材料的浪费。 结构应保证某一构件承受外力后，能有效 地将力传递到邻近的结构构件上，以避免 某一单独的结构构件承受外力。
（例如，支柱的上下端应固定在纵、横强骨架交叉的节点 上，并且上下支柱应尽可能布置在同一垂直线上，使支柱 所承受的力能有效地传递给甲板及船底结构；当甲板或船 底为纵骨架式时，舷侧普通肋骨的端部应以肘板与邻近的 甲板及船底纵骨相连；当舷侧采用普通肋骨与强肋骨的交 替建造时，一般应设舷侧纵桁，使普通肋骨承受的载荷， 能通过舷侧纵桁传递给强肋骨。）
结构设计的方法
计算设计 规范设计


计算设计

定义：船体结构的计算设计是根据结构力学的原理来 确定满足强度、刚度和稳定性要求的船体结构布置及 构件尺寸。 发展：电子计算机技术的发展，给计算设计提供了迅 速有效的工具，加之结构优化设计理论的发展，结构 的计算设计将有较大的发展。 军船：对于设计技术要求较高，对结构质量控制严格 的军用船舶，只能用计算设计。

结构与使用性的矛盾
1. 2.
结构布置与构件尺寸要符合使用要求。例如
货船的结构布置要便于装卸货物； 旅客及船员住舱应有足够净空高； 支柱的布置应不妨碍总体布置及机器设备安装的 要求等。
3.

因此结构设计要与总体、轮机和设备的设计密切 配合，树立整体观念，保证船舶各方面都有良好的 性能。此外，根据使用要求在选取构件尺寸时要合 理地考虑锈蚀、磨损余量及其他特殊加强，以降低 维修费用和提高使用年限。


结构尺寸：按规范计算船体主要构件的尺寸， 边计算、边绘图、边完善初始的结构布置方案。
结构布置的一般原则和规定
结构合理布置，将直接影响船体结构的强度、 重量及工艺性等。
一般原则： 1. 结构的整体性原则： 2. 受力的均匀性和有效传递原则： 3. 结构的连续性和减少应力集中原则： 4. 局部加强原则： 基本规定： 各规范对结构布置都有一些具体规定。 骨架型式的选择（横，纵，混）
提出船体主要钢料预估单，并为总体设计提供 船体钢料的质量重心资料。


完成工作

船体主要构件计算书；中剖面图；基本结 构图；首、尾结构图；首尾柱结构图；甲 板平面图；肋骨型线图；外板展开图；主 舱壁结构图；主机座结构图；尾轴架结构 图；主机座和推力轴承座结构图；甲板室 和上层建筑结构图；舱盖结构图和强度计 算书；通风筒、空气管和排水口布置及结 构图等。
结构设计解决的主要矛盾
强度与质量的矛盾： 结构与工艺性的矛盾：



结构与使用性的矛盾：
船体结构强度与质量的矛盾

保证船体结构具有足够的强度、刚度和 稳定性是设计者应首先考虑的问题。但这 并不是说构件选得愈大、愈坚固愈好，强 度过剩会造成质量增加，钢材消耗多，建 造成本提高并减少船舶载运能力。我们希 望在保证船体结构满足强度、刚度和稳定 性的前提下，力求减轻结构质量，节约材 料，降低成本，提高船舶的营运经济性。