船舶强度与结构设计第五章.docx

船舶强度与结构设计
5.1.1 船舶建造规范的产生、发展和作用
18世纪40年代以前，所有的船舶都凭经验建造，也经历了带有巨大损失的尝试。后来，通过对建造实绩和航行经验的总结与提高，逐渐形成了造船所应遵循的规范。
规定建造规范的初步措施是俄罗斯政治家——彼得大帝作出的，他于1723年颁布了“关于按照新的船样建造河船”的条例。在此条例中规定了船体的基本构件。
随着产业革命，贸易也发达起来，船舶建造愈来愈多，轮船保险商感到各船舶的吨位、建造日期、建造材料及船舶所有人等资料有集中的必要。于是1760年成立了世界上第一个船级机构——英国劳氏船级协会。以后，各航运事业发达的国家都相继成立了船舶协会。起初，船级协会的主要工作是制订船舶登记册，载有关于入级船舶的船体和轮机状况。直到1835年才出现第一本船级协会颁布的《建造规范》。该规范系英国劳氏船级协会出版，适用于一百七十英尺长、一百总吨左右的木船，结构尺寸按吨位数字决定。
自那以后，随着造船材料、构件连接方式及船体强度理论的发展，建造规范也经历着不断发展(例如，1855年、1888年相继出现了《铁船规范》、《钢船规范》)和逐步完善的漫长过程。
目前，世界上船级社很多，其中比较主要的有以下几个：
中国船检局(中国船级社)(CCS)
美国船检局(ABS)
英国劳氏船级社(LR)
德国劳氏船级社(GL)
日本海事协会(NK)

法国船级社(BV)
挪威船级社(DNV)
意大利船级社(RI.N.A)
俄罗斯船舶登记局(RS)
船级社规范监督船的建造，并允许船舶正式“入级”，给它们所登记的船办各种国际协定所要求的证书；此外，还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。各主要船级社在世界各地都有办事处，几乎在各港口都能找到它的代表。
建造规范也为航运、造船、相关的制造业和保险业服务。经过“入级”登记的船，符合公认的健全的建造标准，这就等于告诉运货人说，他将他的货物交给已经入级的船承运时，他并没有冒险脱离实际的风险；同时，保险公司有被请求给船保险时，船的入级有助于保险公司判断隐含着的危险性质。

5.1.2 规范法设计的基本步骤
按规范进行结构设计的一般流程如图5-1所示。首先，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。然后，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。最后，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。其中反复必不可少，并且要经常与总体设计师、轮机设计师等反复协商，以求达到合理的统一。

母型船
设计船的特殊要求
船体强
度
建造规范
主要构件计算书
结构的布置
总布置图
中剖面图
基本结构图
肋
骨
线
型
图
型线图

图5-1 规范法设计的一般流程

确定结构尺寸的一般顺序是，首先选择合适的结构型式，确定肋骨间距(与总体设计师协商决定)。然后，可按外板、甲板、船底骨架、舷侧骨架、甲板骨架及支柱、舱壁、首尾柱、首尾结构、上层建筑及甲板室、机炉座、总纵强度校核等顺序，查规范公式进行计算，并最后选定结构尺寸，此时，反复也是不可避免的。例如，计算内河船强力甲板厚度时，需要纵向连续的甲板骨架尺寸，而确定甲板骨架尺寸时又需要甲板厚度(作为骨架的带板)的资料，同时还要校验船体剖面模数是否满足纵向强度的要求。
此外还要注意，规范规定的尺寸是保证船舶安全可靠的最低标准，最后选定的尺寸还要根据船舶的实际使用要求而适当调整。
5.1.3 建造规范的选用
如今规范的种类繁多。例如，按船舶的航行区域有：海船入级与建造规范和内河、湖泊船舶建造规范；按船舶类型有：商船、渔船、水翼船、气垫船、超高速船、军舰等建造规范或规则。
因此，在结构设计之前，首先要根据设计船的建造材料、航行区域及类型等选择合适规范。
规范一经确定，还要检验所设计船是否满足该规范的适用范围。规范基本上是船舶建造经验和航行经验的总结，也就是说，当人们对船在海上受到的外力不完全了解的情况下，衡准船舶可靠性的唯一准则是把要衡准的船舶与已在航运中经过实践考验的同类船相比较。因此，现有规范不可能脱离已有的造船实践，这也是应用现有规范的最大局限性。
一般规范都在船舶尺度与主要尺度比值和船型及船体结构的型式两大方面规定了规范的适用范围。例如，我国《海船规范》[1]适用于船长大于等于65m的焊接结构的钢质海船,且主尺度比值的范围为:L/B>5、B/D≤2.5及Cb≥0.6。关于船舶主要尺度的量度，各规范都有严格的定义。
我们知道，作用在船体上的波浪载荷主要与船舶的线型及主尺度有关。当船长及主尺度比限定后，便可对作用于船体结构的波浪载荷进行统计分析，并建立起相应的计算公式。
一个世纪以前，较小的铁船和钢船的长深比L/D是相当小的，因此不需要规定上限。但是，随着船长的增大，如果型深不降低，将造成容积的浪费，但型深太小又不能到大洋去经受波浪的考验。同时，L/D值也是衡量船体梁刚性的一个粗略量度，在允许的范围内，一般来说船体结构的强度与刚度具有良好的配合。至于B/D的值，一般反映船体结构的横向强度，若B/D超过规范的范围，则要特别留意横向强度的保证。由于内河船舶所遇到的波浪较小，主尺度比允许达到很大的数值。
5.1.4 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，必须高度重视。这里，不仅从强度方面考虑应遵循的一些基本原则以便对此有一个总的概念。
1.结构的整体性原则
在结构设计时，首先应遵循的基本原则是，有关构件应布置在同一平面内，以组成封闭的整体框架结构共同承受载荷的作用。例如，甲板纵桁—横舱壁竖桁—内龙骨或底纵桁，甲板纵骨—横舱壁垂直防挠材—内底纵骨、船底纵骨，肋板—肋骨—横梁，舷侧纵桁—横舱壁水平桁—纵舱壁水平桁等。
2.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。
此外，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。
3.结构的连续性和减少应力集中原则
构件的布置应力求保证其连续性，尽可能避免构件突然中断。必须保证尽可能多的主要纵向构件连续贯通至首、尾，如有困难，纵向强骨架应中断在横舱壁或横向强骨架上，并在横舱壁的另一边，设置至少延伸二个肋距的肘板。在同一船体横剖面内，不允许有超过1/3的甲板纵骨或船底纵骨中断，也不允许有大于二根的甲板或船底纵向强骨架间断，纵向构件中断的剖面彼此至少相距二个肋距，并要特别注意在大开口处的船体剖面上和高度应力集中的区域，绝对不允许中断船体纵向构件。在首、尾由纵向骨架式向横骨架式应逐渐过渡。
为减少应力集中，所有船体构件的剖面形状应有平顺的过渡。例如，在甲板、平台、内底板、纵舱壁间断处，应装设肘板或其它结构使剖面逐渐消失；骨架梁腹板高度变化时，应有一过渡区，该区段的长度一般应不小于相邻腹板高度差的5倍。
4.局部加强原则
在设计过程中，对那些在使用中要承受较大局部载荷的结构则进行适当的局部加强。例如，船首承受波浪砰击区域及尾部承受螺旋桨工作时水动压力处的结构及船上吊杆、桅杆、救生艇架、系缆桩、炮座等与船体相连接处的结构，以及航行冰区的船舶承受冰块挤压和撞击区域的结构，均应作适当的加强。各规范对此均有规定。
5.一些基本规定
各规范对结构布置都有一些具体规定。例如，《海船规范》、《河船规范》关于散货船的结构布置一些基本规定如表5-1所示。
为保证船舶的安全，海船应尽可能从防撞舱壁到尾尖舱壁设双层底。客船当船长自50m至小于61m，至少应自机舱前壁至防撞舱壁或尽可能接近该处之间设双层底；当船长自61m至小于76m时，至少应在机舱以外设置双层底，并应延伸至防撞舱壁及尾尖舱壁或尽可能接近该处；当船长为76m及76m以上时，应在船中部设置双层底，并应延伸至防撞舱壁及尾尖舱壁或尽可能接近该处。另外，内底板应尽可能延伸到船的两侧以盖没船的舭部，客船内底板与外板的交线，在任何地方都不应低于图52所示的中剖面处A点的水平面。

图5-2 客船内底边板的设置要求
表 5-1
序号
构 件 名称
海 船
1
肋骨或纵骨间距
标准间距Sb=0.0016L+0.5 m，且不大于0.7m
尾尖舱内 Sb=0.0016L+0.5 m计算值和0.6m的较小者
在船端0.05L区域内，上层建筑及甲板室的甲板纵骨或横梁的标准间距Sb应按公式
Sb=0.0016L+0.5 m计算值和0.6m的较小者
2
内龙骨
B≤9m应在中内龙骨两侧至少各一道旁内龙骨
9m≤B＜16m应在中内龙骨两侧至少各二道旁内龙骨
3
旁
桁
材

横骨架式

B>10m两侧至少各一道
B＞18m中桁材两侧至少各二道旁桁材,桁材间距一般不大于4m
在首0.2L内旁桁材间距间距≯3个肋距

纵骨架式
12m＜B≤20m中桁材两侧至少各一道旁桁材
B＞20m中桁材两侧至少各二道旁桁材, 桁材间距一般不大于5m
在首0.2L内旁桁材间距≯4个纵骨间距
4
双层底高度
任何情况下不得小于h0=25B+42d+300mm,且不小于650mm. 其中B为船宽(m),d为吃水(m)
单
底
实肋
板
横骨架式
每一肋位设置,
其中纵剖面腹板高度h 应不小于h=42(B+d)-70 mm
厚度t 应不小于t=0.01h+3 mm，但不必大于14mm
面板剖面积A应不小于A=4.8d-3 cm2
纵骨架式

5
双底实肋板
横骨架式
至少每隔4档肋位设置，间距≤3.2m,船长超过90m或肋板高度超过0.9m时,实肋板应设置加强筋,其间距不大于1.5m,厚度与肋板相同,宽度为肋板高度的1/10;
机舱、锅炉座下、推力轴承座下应每一肋位上设置;横舱壁及支柱下应设置
首部0.2L以内应每一肋位设置;
纵骨架式
一般不大于3.6m；在机舱至少每隔1个肋位设置，在主机座、锅炉座、推力轴承座下每一肋位应设置；横舱壁及支柱下应设置；首0.2L区域内每隔1个肋位设置
6
防撞舱壁
距首垂线不小于0.05L而不大于3+0.05L m
对球鼻首，上述距离应自下列各点之一量取，取小者：
船舶水线以下自首垂线向前延伸部分的长度中点；
首垂线前方船长的1.5％处；
首垂线前方3m 处。
5.1.5 船体构件的材料级别的钢级
船体结构脆断的第一个不幸的信号发生在1942年后期，当时好几艘“自由轮”发生断裂，常常迫使船舶不能航行而必须进行修理。其中断裂常被描述为突然发生的并伴有强烈响声，最初被作为战争因素的偶然事件处理(有时被认为受到敌人攻击)，而没有立刻认识到是严重的结构问题。
“斯堪涅特地”号和“埃索·缅哈顿”号船的断裂事件震动了整个造船界。“斯堪涅特地”号是第一条T2油轮，当它刚完成试航回到船厂泊地，当天晚上10时30分突然在船桥后部处断成两截。整条船像一把大折刀，中间凸起，船首和船尾座落在河底的淤泥中。当时天气冷而无风(气温26F，水温40F)，船的静水中拱弯矩0.55MN.m，甲板上的最大计算拉应力只有68.2MPa,为预计正常工作应力的一半左右。“埃索·缅哈顿”号是“斯堪涅特地”号的同型船，造好才7个月就于1943年3月29日平静天气的条件下，在纽约附近的安波罗海峡折成两段。
于是，展开了对船舶断裂的广泛而又深入的研究。直到1944年，人们才重视这样的事实：由于温度的降低(甚至在常温上)，低碳钢的断裂方式也可由“正常的”韧性转变为脆性。此后的大量研究，确定了钢材可根据断裂的起始、扩展和止裂的性质来表征。这导致各船级协会对船体结构用钢的化学成分、热处理、冶炼方式和机械性能提出了更全面的要求。在1959年6月，七国船级协会(美国、英国、法国、西德、日本、挪威、意大利)统一规定了五个等级的船体结构用钢的标准。这五种等级的船体结构用钢的标准。这五种级别的钢具体在船上如何选用和什么部位该用哪一级钢，各船级协会没有达成一致意见，然而各船级协会的规定都比较接近。从此以后，船舶断裂事故就显著地减少了。
我国《海船规范》将一般船体结构划分为A、B、D、E等四个钢级。在常温下，当船长大于等于90m时，船体结构用钢应符合表5-2的要求。当船长小于90m时，船体结构用钢一般可以使用A/AH钢级。为了防止断裂，全船不同部位的船体构件按其所承受的应力情况分为3个类别，即次要类、主要类和特殊类。船体各强力构件的材料级别应不低于表5-2的规定。表内没有列入的构件一般可以使用A/AH 钢级。
表5-2 材料级别和钢级的使用
构件类别
构件名称
材料级别或钢级
船中0.4L内
船中0.4L外
次要类
(1)纵舱壁板,除主要类要求者外
(2)露天甲板板,除主要类和特殊类要求者外
(3)舷侧板
Ⅰ
A/AH
主要类
(1)船底板,包括平板龙骨
(2)强力甲板板,不包括特殊类要求的甲板板
(3)强力甲板以上的纵向连续构件,不包括舱口围板
(4)纵舱壁最上一列板
(5)垂直列板(舱口纵桁)和顶边舱的最上一列斜板
Ⅱ
A/AH
特殊类
(1) 强力甲板处的舷侧顶列板①
(2) 强力甲板处的甲板边板①
(3)在纵舱壁处的甲板列板②
(4)集装箱船和其他有类似舱口角隅处与舷侧之间的强力甲板板③
(5)散货船、矿砂船、兼用船及其他有类似舱口的船舶在货舱口角隅处的强力甲板板④
(6)舭列板⑤⑥
(7)长度超过0.15L的纵向舱口围板⑦
(8)纵向货舱舱口围板的端肘板和甲板室过渡⑦
Ⅲ
Ⅱ
(船中0.6L外
为Ⅰ
注: ①船长大于250m的船舶,在船中0.4L范围内选用应不低于E/EH钢级;
②不包括双壳船在内壳纵舱壁处的甲板板;
③在货舱区域的长度范围内选用应不低于材料级别Ⅲ;
④在船中0.6L区域内选用应不低于材料级别Ⅲ,在货舱区域的其余长度范围选用应不低于材料级别Ⅱ;
⑤船长小于150m且整个船宽范围内设有双层底的船舶，舭列板可以选用材料级别Ⅱ;
⑥船长大于250m的船舶在船中0.4L范围内，舭列板选用应不低于D/DH钢级;
⑦选用应不低于D/DH钢级。
下面，是《海船规范》中关于材料级别选用的一些规定：
(1)船体构件应根据其所应对的材料级别和所取的厚度选用钢级，见表5-3。
(2) 用于制造尾柱、舵、挂舵臂和尾轴架的板材一般应不低于由材料级别Ⅱ所对应的钢级。对于承受集中力的舵结构( 如半平衡舵的下舵承或平衡舵的上部分) 应取材料级别Ⅲ。
表5-3 各材料级别要求的钢级
材料级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
板厚（mm）
低碳钢
高强度钢
低碳钢
高强度钢
低碳钢
高强度钢
t≤15
A
AH
A
AH
A
AH
15＜t≤20
A
AH
A
AH
B
AH
20＜t≤25
A
AH
B
AH
D
DH
25＜t≤30
A
AH
D
DH
D
DH
30＜t≤35
B
AH
D
DH
E
EH
35＜t≤40
B
AH
D
DH
E
EH
40＜t≤50
D
DH
E
EH
E
EH
(3) 在船中0.4L区域内，凡采用钢级E/EH 或材料级别Ⅲ的单列板的宽度应不小于(800+5L)mm，但不必大于1800mm。
(4) 用于增强构件的材料级别,以及用于焊接连接件的材质(低碳钢或高强度结构钢)例如流水沟的扁钢或舭龙骨,通常应与该处的船体外板相同。
(5) 用于增强构件的材料级别,以及用于焊接连接件的材质(低碳钢或高强度结构钢)例如流水沟的扁钢或舭龙骨,通常应与该处的船体外板相同。
(6) 集装箱船的中部0.4L区域内的强力甲板、舷顶列板及抗扭箱形结构所用的材料级别,在整个货舱区域内应保持不变。
(7) 在具有尾楼的液货船上,尾楼前的强力甲板向前延伸至任何泵舱开口的周围,其材质应保持一致。
(8) 在船体结构为T型或十字型接头,且使用全焊透焊接处和板材在板厚方向承受重大拉应力的构件, 建议采用具有全厚度特性的Z向钢钢板。
《海船规范》还对冷藏室结构用钢和冰区航行船舶结构用钢提出了特殊要求，这里不再详述。

《海船规范》对船长大于65m的船舶，规定船中基本剖面模数W0不小于下式计算值：

(5-1)
式中 C—系数，C =0.0412L+4,当L＜90 m，，90m≤L≤300m，C = 10.75，当300 ＜L＜ 350m，，当350 ≤L≤ 500m；Cb—船舶在设计夏季载重水线下的方形系数，但不得小于0.60；L—船长，m；B—船宽，m。
对上述W0值，在1类航区内航行的船舶减小5%；在2类航区航行的船舶减小10%；在3类航区内航行的船舶减小15%。同时又规定，船中剖面模数W尚应不小于按下式求得的值：

(5-2)
式中—许用静水弯矩，kN·m；[σ0]—合成许用应力，取为175/KL N/mm2 [16] ，KL—材料系数；MW—波浪弯矩，按下式计算[16]：

(5-3)
式中各符号与式(5-1)相同。对上述 MW值，在1类航区内航行的船舶减小5%；在2类航区航行的船舶减小10%；在3类航区内航行的船舶减小15%。
比较式(5-1)与式(5-3),会发现两个公式的基本表达形式是一致的，区别仅在于系数的不同。这决不是偶然的巧合，而是两者之间有着内在的联系。为此说明如下：
我们知道，作用在船体上的波浪弯矩是中垂、中拱缓慢变化着的交变载荷(在船舶一生中，波浪载荷的循环次数大约为108这一数量级)。另外，在船体结构中不可能没有间断构件和各种形式的缺陷，因此在周期性的波浪载荷作用下船体结构中会发生断裂，即导致船体梁的疲劳断裂。交变应力的来源除了波浪载荷之外，还可能是满载与压载状态的交替变化(例如，油船)。
控制交变应力的大小，使其低于疲劳极限，便可完全防止任何疲劳损伤累积，但这只有当应力存在于非常局部的范围时才能办到。对于像波浪弯曲这样的范围较大的应力，防止疲劳断裂的方法应是使船舶在整个生命期内能经受累积的疲劳损伤，但不出现明显的断裂危险。为此，必须弄清一系列不同幅值、不同持续时间和不同交变应力平均水平所引起的疲劳损伤是如何相互影响和累积起来的，以致最终引起断裂。

船体外板及最上层连续甲板构成了船体的水密外壳，以保证船舶各种性能的实现，并与船体骨架一起承受并传递各种局部载荷。同时，它们又作为船体梁的最重要的纵向构件，承受总纵弯曲。
5.3.1 外板
1.规范对外板的一般规定
《海船规范》对中部0.4L和离船端0.075L(《河船规范》为0.1L)区域的船体(包括船底板、平板龙骨、舭列板、舷侧外板和舷顶列板)分别按横骨架式和纵骨架式给出了最小板厚计算公式。还规定，外板厚度在中部0.4L区域内保持不变，然后向首尾两端，逐渐递减至船端0.075L区域的板厚，这正好与船体承受的总纵弯曲力矩沿船长的分布相一致。
在同一横剖面内的外板，也根据其所处的部位具有不同的厚度。平板龙骨和舷顶列板在船体梁的最下端和最上端，不仅承受较大的总纵弯曲应力，同时考虑到腐蚀、磨损较大(平板龙骨还承受船舶建造或修理时的龙骨墩反力)，它们的厚度都分别比船底板及舷侧外板厚，并且还专门规定了它们的宽度。
此外，还对局部区域的外板规定了局部加强措施。例如：首部船底板、与尾柱相连的外板、轴包板、锚链管区域的外板、外板开口处及船楼端部等特殊部位的板都要增厚。
在计算船中部外板厚度时，一般都有两个公式。例如，海船中部0.4L区域内的船底板不得小于下列两式计算值：
船底为横骨架式时

mm
(5-4a)

mm
(5-4b)
船底为纵骨架式时

mm
(5-5a)

mm
(5-5b)
式中s—肋骨间距或纵骨间距，m，计算时，取不小于(0.0016L+0.5)m，但不必大于0.7m；d—吃水，m；h1—0.26 C, 计算时取不大于0.2 d，C—系数，C =0.0412L+4,当L＜90 m，，90m≤L≤300m，C = 10.75，当300＜L＜350m，，当350≤L≤500m；L—船长，m，计算时取不大于200m；S—船底纵桁或龙骨间距，m；Fb—折减系数，当龙骨处的最大总纵弯曲应力小于许用弯曲应力［σ］时，可取适宜的折减系数：，—龙骨处的总纵弯曲应力，N/mm2；—弯曲许用应力，N/mm2，
对于板材，折减系数和应不小于0.7；对于骨材，折减系数和应不小于0.8。对L＜65m的船舶Fb=1。
5.3.2 甲板板
1.一般规定
现今，《海船规范》除了规定保证船体纵向强度的中剖面模数要求(对甲板有大开口的船舶，通常由这一要求决定强力甲板的尺寸)，还根据甲板的作用规定了它们的最小厚度。
对于只起“平台”作用的甲板，即那些不参加总纵弯曲或对纵向强度的贡献甚微的甲板(如开口线以内及离船端0.075L区域内的强力甲板、下甲板)，其构件尺寸均根据所承受的水、货物和设备的局部负荷而定。对载货部位的强力甲板、下甲板，《海船规范》对甲板负荷不超过40kPa时的下甲板厚度作了具体规定。结构成舱室的水密或油密边界的甲板(深舱甲板或平台)，设计时按其能承受的一定水头高度决定尺寸，并且明显要求增加3.5mm的腐蚀余量。
强力甲板的边板是甲板板中首尾贯通的有效纵向连续构件，它与舷顶列板一起对防止船体断裂起重要作用。《海船规范》除了对其宽度与厚度作了规定外，还对它们的材料级别要求很高。例如，在中部0.4L区域内，若船长大于250m，由要求采用应不低于E/EH 钢级。
在甲板设计中，要特别注意下面将要讲的甲板开口处的加强设计及上层建筑与甲板室端部的甲板板设计(这部分内容见第八章)。同时还要注意，上甲板以下的各层甲板若在机舱、货舱等处中断，尽管它们对保证船体总纵强度的作用不大，但甲板的突然中断，破坏了结构的连续性，会产生应力集中而导致结构的损坏。因此，在中断了的甲板的延长线上要增设舷侧纵桁，并在中断处用尺寸较大的弧形肘板逐渐过渡。在平台甲板的末端，同样要装设肘板逐渐过渡，以减小应力中。
2.规范板厚公式的意义
《海船规范》规定，海船强力甲板开口线以久的板厚不得小于按下列两式计算值：
横骨架式

mm
(5-6a)

mm
(5-6b)

纵骨架式

mm
(5-7a)

mm
(5-7b)
式中s—横梁间距或纵骨间距，m，计算时，取不小于(0.0016L1+0.5)m，但不必大于0.7m；L—船长，m；L1—船长，m，计算时，不必大于200m；S—甲板纵桁间距，m；Fd—折减系数，当甲板处的最大总纵弯曲应力小于许用弯曲应力时，可取适宜的折减系数：，—甲板处的总纵弯曲应力，N/mm2；—弯曲许用应力，N/mm2，对于板材，折减系数和应不小于0.7；对于骨材，折减系数和应不小于0.8。对L＜65m的船舶Fd=1。
此外，露天强力甲板还承受甲板上浪的局部载荷。若取《海船规范》对舱口盖规定的计算压头，即

h=0.014L+1.07 m
(5-8)
式中L为船长，m, L≮24m且L不必大于100m。
则作用在甲板上的水压力为：

p=0.01(0.014L+1.07) N/mm2
(5-9)

对开口线以外的强力甲板，若取许用应力[σ]=64N/mm2,利用式便可求得式(5-6b)。式(5-6b)与式(5-7b)的关系同船底板一样。
对开口线以内及船端0.075L区域内的强力甲板，只按局部载荷决定板厚。若取许用应力[σ]=86N/ mm2，由式便可得到板厚为：

mm
(5-10)

下层甲板及平台甲板主要承受货物的压力等局部载荷，它们的尺寸应按局部强度要求决定。
按《海船规范》规定的甲板负荷不超过40kPa下甲板和平台甲板，甲板厚度要求见表5-4。
表5-4
甲板板位置
t(mm)
第 2
甲 板
中部0.4L区域货舱口边线以外
12s，且不小于6mm
舱口边线以及船端0.075L区域内
10s，且不小于6mm
第3甲板及平台甲板
10s，且不小于6mm
s—骨材间距,m，计算时取值应不小于骨材的标准间距。
5.3.3 设计计算示例
现在以某1200t简易货船的计算书[7]为例，来说明船体外板与甲板的规范计算。
1. 概述

主尺度及比值：

水线长
垂线间长
计算船长L
船宽B
型深D
最大吃水d
肋距s
甲板间高
双层底高度
方形系数Cb
最大开口宽度b
最大开口长度lH
lBH
69.16m
66.20m
66.20m
11.20m
4.70m
3.60m
0.60m
1.73m
0.80m
0.75
6.70m
16.80m
24.60m

满足规范
适用条件
本船为大开口船，按《海船规范》设计，并按计算方法校核总纵强度
本船为单甲板双底结构，中部甲板及船底采用纵骨架式结构，纵骨间距为0.6m。货舱区舷侧设顶边舱及底边舱。首、尾及舷侧采用横骨架式结构，并具有B级冰区加强。
2.外板
(1)船底板
2.3.1

a.中部0.4L区域内
2.3.1.3,2.3.1.5

mm mm
式中s=0.6075m, =1.0 , L1=66.2m,d=3.6m，h1—0.26 C, 计算时取不大于0.2 d，C—系数，C =0.0412L+4,当L＜90 m。
实取t=10mm

b.离船端0.075L区域内
2.3.1.4

mm
式中s=sb=0.6075m, L=66.2m
实取t=8mm

(2)平板龙骨
2.3.2

宽度b=900+3.5L=1135.2 mm
实取12×1400mm

(3)舷列板
2.3.3

实取t=10mm

(4)舷侧外板
2.3.4

a.中部0.4L区域内舷侧外板厚度t应符合下列规定：
1) 距基线3/4D以上
2.3.4.2,2.3.4.5

mm mm
实取t=10mm
2) 距基线1/4D以下
mm
mm
实取t=10mm
3) 距基线至距基线D/4至距基线3D/4区域内由上述计算所得之值用内插法求得。
实取t=10mm
式中s=0.6075m，=1.0，=1.0，L=66.2m，d=3.6m，E==1.09，S=2.0m，h1—0.26 C, 计算时取不大于0.2 d，h2= 0.5C, 计算时，取不大于0.36 d，C—系数，C =0.0412L+4,当L＜90 m。

b.离船端0.075L区域
2.3.4.4,

mm
实取t=8mm

(5)舷顶列板
2.3.5,1.3.2.4

宽度 b=800+5L=1131 mm
厚度 mm
mm
式中s=0.6075m， L1=L=66.2m，E=1.09
实取12×1200mm
2.3.5.1
2.3.5.2

(6)局部加强
2.3.6

⑴与尾柱连接的外板，轴毂处的包板
实取t=14mm
⑵锚链管处的外板
加复板实取t=8mm

(7)冰区加强(B级)
3.1.17.1，4.5.1

t=1.25t中外=12.5mm
实取t=13mm

3.甲板

(1)强力甲板
2.4.2

a.开口线以外
2.4.2.1

mm
mm
实取t=12mm

b.开口线以内及离首尾端0075L内
2.4.2.2,2.13.8.1

实取t=8mm

c.甲板边板
宽度中部：b1= 6.8L+500 = 950.2mm
端部： b2= 0.65b1= 617.6mm
厚度 t≥t强
实取12 mm×1200mm
2.4.3,1.3.2.4
(2)首楼甲板
2.17.5.5,

t =（0.02L+6）=7.32 mm
实取t=8mm

(3)驾驶甲板
2.17.5.4

t =(0.02L+C)－tc=5.32 mm
式中L—船长，m，计算时取值不必大于100m；s—甲板纵骨或横梁间距，m, 计算时取值应不小于sb；C—系数, 按下列选取:
在第一层：5.5，在第二层：5.0，在第三层和以上：4.5，取C=5.0；tc—对于上层建筑或甲板室内部干燥处所的甲板， tc＝ 1，其他情况tc ＝0，取；
实取t=6mm

(4)顶棚甲板
2.17.5.4

t=(0.02L+C)－tc=5.82 mm
式中C=4.5，tc＝0
实取t=6mm

船体骨架是船体结构的重要组成部分之一，它主要包括：船底骨架、舷侧骨架、甲板骨架和舱壁骨架。每一部分又都是由纵、横交叉的构件所组成。按规范法设计时，这一部分的计算工作量最大。
5.4.1 船体骨架设计计算的一般注意事项
在进行船体骨架设计时，要根据各部结构的形式选择规范的有关章节逐条进行计算。除构件的布置、尺寸等符合规范要求外，还要注意构件的相互连接设计。限于篇幅，这里不一一叙述，下面只对计算的一般注意事项加以说明。
(1)骨架的受力不同，其作用不同，对构件尺寸的要求不同。肋骨、纵骨、横梁、舱壁扶强材、组合肋板骨材等构件的主要对板扶强作用，承受由板传递来的载荷，同时纵骨还是船体梁的重要纵向构件。这些构件所要求的剖面模数或惯性矩一般较小(通常称为小骨材或扶强材，《海船规范》称为次要构件)，可根据规范附录直接选用型钢。要注意的是，一般要选用我国已生产的型号。如果骨材高度不受限制，为减轻结构重量，应选用高一档的型钢号；对纵骨建议选用球扁钢，以避免不对称梁自由翼板的折减；对小型船舶或内河船舶多采用不等边角钢。
实肋板、底纵桁、内龙骨、强肋骨、舷侧纵桁、强横梁、甲板纵桁、舱壁桁材等构件是船体的主要支撑构件和传力构件。它们所需的剖面模数或惯性矩较大(通常称为强骨材，《海船规范》称为主要构件)，常采用焊接的T型材，在一些小型船舶或内河船舶上也采用折边钢板。这里要提醒注意的是，除规范另有规定者外，对海船，型材腹板厚度tw应不小于0.01SW (其中SW为腹板上的扶强材间距或无扶强的腹板高度，mm)，tW的最小厚度：在干货舱内为7mm，在液体舱内为8mm，对船长小于60m的船舶可减少1mm，对船长小于40m的船舶可减少2mm。此外，主要构件面板的剖面积一般不应该超过dw·tw/150cm2 (其中dw为腹板的高度，mm；tw为腹板的厚度，mm)。
(2)确定骨架尺寸的剖面模数和惯性矩要求时，除另有规定者外，均为连带板的最小要求值。关于带板的取法规范都有详细的规定。
计算构件剖面模数和惯性矩要求时，除另有规定者外，所取的计算跨距均为跨距点之间的有效跨距。强骨材的跨距点应取距该构件末端为be的点(见图5-3)，并且

(5-11)

图5-3 构件的跨距点
由式(5-11)可知，在开始计算时，该点是未知的，因此必须逐步近似确定。
(3)设计中应当尽量减少型材的规格。因此，对每一构件应当按最大计算值(通常为跨距最大处)选取尺寸，或者，为减轻结构重量，对全船分成若干区段选取不同规格型材。
(4)船尾区域受振动载荷作用的结构中，存在由于不合理的焊接和节点形式而造成的应力集中板源时，将大大减少其使用期限，所以要特别注意直接承受螺旋桨工作所引起的脉动压力作用的构件的结构形式。
(5)除有特别规定者外，所有船体骨架上不得任意开孔。
为了减轻结构的重量、施工维修和检查管系的要求以及流水等需要，在底部结构的骨架腹板上开有人孔、减轻孔、流水孔、空气孔等开口。在布置这些开口时应注意以下几点：
1双底骨架腹板上的人孔应尽量沿船长和船宽直线排列。减轻孔、人孔高度应不大于该腹板高度的一半，否则应予加强。在下列部位不得开孔：
a.船中部0.75L区域内的中桁材；
b.支柱下面部分的实肋板及肋板的端部；
c.支柱下面部分靠近横舱壁的前后一个肋距内的底纵桁；
d.其它承受效大剪力处。
2凡间断而不要求水密或油密的构件与连续构件相交时(如肋板与中桁材相交)，为了保证焊接质量，避免焊缝集中在一点，应将间断构件的腹板予以切角。
3一般可利用加大间断腹板的切角的大小来作为所需的流水孔和空气孔，以避免附加的开孔。
5.4.2 规范对船体骨架要求的基本意义
规范对船体骨架的最小尺寸，主要按下述三种形式给出要求。
1.局部强度要求的剖面模数
绝大部分构件都按此种要求确定尺寸。剖面模数的具体表达式取决于对该构件所选的计算图式。
若将船体骨架简化为两端弱性固定的单跨梁，作用在骨材板成上的分布载荷以水柱高度h表示，又认为骨材承受一个骨材间距s内板面上的载荷，则作用于骨材计算剖面上的弯矩为：

(5-12)
式中KM为系数，取决于载荷的分布和骨材两端的弹性固定情况；l为骨材跨距。取许用应力为[σ]，则保证骨材局部强度所需要的最小剖面模数W为：

(5-13)
式中。
因此，对不同骨架，只要根据其作用确定合适的载荷，并分析建造实绩确定合适的边界条件和许用应力标准，就不难得到规范的计算公式。
在决定剖面模数的公式中，有时还考虑交叉梁系的相互支持作用。例如，《河船规范》对单底实肋板剖面数的规定，就考虑了内龙骨对实肋板的支持作用。现将其要求值摘录如下：

cm3
(5-14)
式中s—实肋板间距，m；f—系数，货舱外取f=1，货舱内：自航船取f=0.5，非自航船取f=0.25；d—吃水，m；r—半波高，对A级航区r=1.25m，B级航区r=0.75m，C级航区r=0.25m；l—实肋板跨距，m，取实肋板面板与舷侧外板交点之间的距离；K—内龙骨修正系数，按下式计算：

(5-15)
其中a,b—按表5-5决定的系数； l1—舱底平面长度，m；—舱长比，取值范围按表5-6选取，大于表中上限者，取上限值，小于表中下限者，取下限值。
表 5-5
骨架
型式
系
数
横骨架式
纵骨架式
主肋骨制
交替肋骨制
1根
龙骨
3根
龙骨
5根
龙骨
1根
龙骨
3根
龙骨
5根
龙骨
1根
龙骨
3根龙骨
5根
龙骨
a
2.50
2.00
125
b
4.00
3.50
3.00
3.20
2.80
2.40
2.00
1.75
1.50

表 5-6
龙 骨 数
l1/l范围
1根龙骨
3根龙骨
5根龙骨
上限值
1.