船体结构规范设计指导书汇总.docx
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船体结构规范设计指导书汇总
《船舶结构设计1》课程设计任务书
船舶结构规范设计
一、设计目的及意义
本课程设计是船舶与海洋工程专业教学中综合性和实践性较强的教学环节，通过本课程设计，使学生了解工程设计的基本内容，同时对船舶规范设计方法及过程有一个清晰的认识，培养和训练学生耐心细致的工作作风，为学生毕业后从事船舶结构设计打下良好的基础。
二、设计原始资料
本课程设计共提供三艘船舶的原始资料，各组同学可根据教师要求选择其一作为设计对象。
三艘船舶全部为全焊接钢质船舶，主航行于沿海航区，航速15节。
1．900TEU集装箱船
（1）主尺度及主要系数
139.1m
129m
22.6m
11.8m
0.6385
0.6524
0.9785
0.8413
（2）肋距
-5#-—14#600mm
15#—164#700mm
165#—198#600mm
（3）总布置图及型线图
（4）静水弯矩及翘曲应力
船舶中部某剖面静水弯矩：
=102560
船舶中部某剖面上最大翘曲应力
=22.5
2．5500DWT油船
（1）主尺度及主要系数
100.11m
94m
18m
9.6m
0.803
0.806
0.995
（2）肋距
-5#-—11#600mm
12#—128#700mm
129#—144#600mm
（3）总布置图及型线图
（4）静水弯矩
船舶中部某剖面静水弯矩：
=67412
3．4350DWT油船
（1）主尺度及主要系数
99.953m
96m
16m
7.35m
0.838
0.841
0.996
（2）肋距
-5#-—10#600mm
11#—127#700mm
128#—145#600mm
（3）总布置图及型线图
（4）静水弯矩
船舶中部某剖面静水弯矩：
=57178
三、设计内容
在调研的基础上，根据设计任务书的具体要求，完成×××船结构规范设计工作：
（1）确定结构设计原则；
（2）×××船中部（货舱区域）结构规范设计：
根据《钢质海船入级与建造规范》（2001版）对船中部（货舱区域）主要结构进行具体结构设计；
（3）强度校核：
根据规范设计的结构尺寸进行总纵强度校核；
（4）绘制中横剖面图：
根据校核合格后的尺寸用A3图纸绘制中横剖面图（包括强肋位和普通肋位）；
（5）绘制基本结构图（局部）：
根据校核合格后的尺寸绘制基本结构图（局部）；
（6）整理完成结构规范计算书。
四、提交成果
（1）结构规范计算书；
（2）中横剖面图（包括强肋位和普通肋位）；
（3）基本结构图（局部）。
五、设计要求
总要求：
分组协作、独立完成。
（1）对任务书进行分析，确定结构设计原则；
（2）设计计算书书写工整有条理、计算正确无误，内容齐全；
（3）用AUTOCAD或手工绘制皆可，图纸清晰、图面整洁、线型正确，图面文字符合标准；
（4）学生应按时保质保量地独立完成全部课程设计任务。
六．分组安排
设计过程中，从船底肋板布置角度，将每一艘船分为每三档设置一实肋板和每四档设置一实肋板两种结构形式。
因此，所有同学共可以分成3
2=6组。
《船舶结构设计1》课程设计指导书
船体结构规范设计
一、结构设计的依据
船体结构设计通常是在船舶总体设计基本完成以后，根据已定的主要尺度、型线图、总布置图以及任务书（对船舶用途、航区、装载、建筑形式、甲板层数、主要设备，使用要求等等）的要求进行的。
二、结构设计的任务
结构设计的基本任务是，选择合适的结构材料和结构型式，决定全部构件的尺寸和连接方式，在保证具有足够的强度和安全性等要求下，使结构具有最佳的技术经济性能。
船体结构设计，一般随全船设计过程分为三个阶段，即初步设计、详细设计和生产设计，在不同的阶段完成不同的工作：
（1）初步设计，根据批准的技术任务书对整个结构的设计原则（例如，船体材料及结构型式的选择、重大技术措施的采取等）作出分析比较，对主要构件的布置与尺寸作出理论的估算，并绘制横剖面图，给出钢料预估单。
（2）详细设计，根据确认的初步设计及审批初步设计时所作的各项决定进行。
在这一阶段中，全面解决结构设计中的技术问题，最终确定构件的布置、尺寸及连接方式，提交送验船部门审查所需要的设计图纸及技术文件。
（3）生产设计，主要绘制各部结构、构件连接的施工详图。
三、结构设计要求
结构设计中会出现众多的矛盾，如何处理好这些矛盾，使设计的船体具有恰当的强度和良好的技术经济性能，是设计者必须遵循的原则，也是对结构设计提出的要求。
这些矛盾主要反映在如下几个方面：
1、强度与重量的矛盾
船体必须具有足够的强度，这是首要问题，否则会造成结构的损坏，危及安全。
要提高强度，一般需加大构件尺寸，尺寸过大，强度过剩以会造成船体自重增加，使成本提高，并减少船舶的运载能力，使经济性能欠佳。
必须恰当地处理好这一对矛盾。
保证结构强度是矛盾的主要方面，在此前提下应力求减轻结构重量。
2、结构和工艺性的矛盾
船舶建造的方法对结构设计有重大影响，必须密切结合承造厂的实际情况进行结构设计，设计时应充分考虑结构的工艺性要求。
3、结构与使用性的矛盾
结构的布置和尺寸的选取应符合使用要求。
例如：
干货船货舱的结构布置便于货物的装卸，油舱的构件尺寸应合理地考虑油气的腐蚀余量等。
4、选材料与材料来源的矛盾
选用材料时不仅要考虑材料的机械性能与工艺性能，也要考虑材料的来源及国家供应情况，立足国内，对内河中、小船舶及船舶的次要部位可以选用较低级别的材料或代用材料。
总之，结构设计的过程是一个解决矛盾的过程，设计者应有全局观点。
与总体轮机、电气、设备的设计密切配合，确保船舶在各方面都具有良好的性能。
四、结构设计的方法
1、仿型设计
接母型船的结构形式，构件尺寸与航行经历，经分析处理设计出新的同类船舶。
这种方法主要的模仿母型船进行结构设计，其优点是设计工作量少，便宜、强度可靠。
但对目前船型、机型复杂的情况已不适应。
2、规范设计
目前民用船主要采用这种方法进行结构设计，即主要按船舶建造规范进行，辅以必要的强度计算。
这种方法设计简便，一般强度能保证，但规范只能包括一般的运输船舶和通用的结构形式，而对特种尺度的船、特种船舶与特殊型式的结构，仍然要用船舶结构力学的方法进行强度校核。
且设计所能达到的水平取决于规范制订的水平，其设计主动权不在设计者手里。
3、直接计算法设计
对规范规定以外的船舶，只有采用直接计算的方法来决定设计船的构件尺寸，当然，对同类船的参考及经验的运用也是不可少的，因为计算方法目前还发展得不够完善。
近几年来，概率分析设计方法，结构优化设计方法正在应用到船舶设计中来，并必将逐步取代目前常规的设计方法。
五、规范法设计的基本步骤
常规船结构设计的大致步骤是：
l、据线型图、总布置图及任务书的要求，通过调查研究，总体分析同类船舶在结构上的优缺点，定出结构形式、肋骨间距及改进措施。
2、船体中部受总纵弯曲的力最大，是全船结构的主要矛盾所在，所以设计从船的中部开始，即在船的中部0.4L范围内选2～4个具有代表性的剖面，如机舱口剖面等进行设计。
先按规范计算主要构件尺寸，然后参考型船的实际结构尺寸并结合使用要求及材料供应情况等来选取新设计船的构件尺寸（尺寸应符合材料规格与型号），对某些规范上未规定的构件需参考型船按经验决定或用计算方法决定，在这过程中逐渐绘制出船体中部剖面图。
规范计算与船体中部剖面图绘制是交叉进行的。
3、据船体中部剖面图与总布置图进行全船结构布置，即绘制基本结构图。
同时完成主要构件计算书。
4、进而完成其它所有的图纸与文件。
船体中部剖面图与基本结构图是全部结构的全局性构想，它集中反映了设计船的结构型式，主要构件尺寸、连接方式与构件布置等，是其它结构图的原则依据。
但随着结构设计阶段的深化与发展，所有结构图的绘制与计算都免不了要反复修改，直至最后定型能彼此准确呼应。
按规范进行结构设计的一般流程也可用图表示，具体如下图所示。
六、结构布置的一般原则
结构布置一般应遵循如下主要原则：
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。
七、船体结构构件尺寸计算步骤
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（本设计已经给出）。
然后，可按外板、甲板、船底骨架，舷侧骨架、甲板骨架、其他构件的顺序查规范公式进行结构规范设计，选取构件尺寸。
然后按照如表1所示计算中剖面剖面模数，总纵强度校核，并最后选定结构尺寸。
表1中剖面剖面模数计算表格
编
号
构件名称
构件尺寸
剖面积
距假定
中和轴
距离
静矩
惯矩
自身
惯矩
构件尺寸
（mm）
（cm2）
（m）
（cm2m）
（cm2m2）
（cm2m2）
1
2
3
4
．
．
．
．
∑
A
B
C
八、参考资料
（1）《船体强度与结构设计》国防工业出版社，王杰德杨永谦编著，1995年。
（2）《船体制图》国防工业出版社，杨永祥编著，2005年。
（3）《船舶结构》国防工业出版社，1994年。
（4）《钢质海船入级与建造规范》人民交通出版社，中国船级社，2001年。
九、附录：
武祥66集装箱船规范计算书及中部横剖面图（供参考）
一、说明
本船除货舱区域的甲板、舷侧及双层底为纵骨架式，其余均采用横骨架式，设单层甲板，尾机型近海集装箱船，本计算书按CCS2001《钢质海船入级与建造规范》及CCS2003年《钢质海船入级与建造规范》修改通报进行计算与校核。
其中总纵强度及集装箱舱口抗扭计算详见《总纵强度及大开口强度计算书》。
二、船舶主要参数
总长—————————————103.86m
两柱间长—————————————96.30m
型宽—————————————16.10m
型深—————————————7.76m
设计吃水—————————————6.10m
梁拱—————————————0.30m
肋距————————————0.515m
主尺度比：
L/B=6.46＞5.94B/D=2.07≤2.5
三、船中剖面模数计算§2.2.1.1
1、船长大于60m的船舶船中基本剖面模数W0应不小于下列计算之值
W0=CL2B（CB+0.7）=1782766cm3=17827.66cm2m
式中：
C=7.84CB=0.823B=16.10mL=96.30m
2、船中剖面对水平中和轴的惯性矩
I≥3WL=3×17827.66×96.30/100=51504.12cm2m2
3、根据计算
中和轴距假定中和轴
e=∑A·Z/∑A=2.826m
I=2×（4737.6+8676.3－2.8262×5701.3）=91949.5cm2m2
4、甲板距水平中和轴:
Zt=Zc（0.9+0.2y/B1）=4.934m
对强力甲板的剖面模数：
Wj=I/Zt=18635.9cm2m
对基线的剖面模数：
Wb=I/e=32537.0cm2m
船体等值梁计算表（以基线为假定中和轴）
编
号
构件名称
构件尺寸
剖面积
距假定
中和轴
距离
静矩
惯矩
自身
惯矩
厚度
mm
宽度
mm
A
cm2
Z
m
A×Z
cm2m
A×Z2
cm2m2
i
cm2m2
1
平板龙骨
14
750
105.0
0.00
0.00
0.00
0.00
2
船底板
12
6500
780.0
0.00
0.00
0.00
0.00
3
舭列板
12
800
96.0
0.80
76.80
61.44
5.12
4
中桁材（1/2）
12
1000
60.0
0.50
30
15
5.00
5
4旁桁材
10
1000
400
0.50
200
100
33.33
6
船底纵骨
L140×90×10×（8）
176.0
0.080
14.08
1.12
0.00
7
内底纵骨
L140×90×10×（8）
176.0
0.92
161.92
148.96
0.00
8
内底板
10
6250
625.0
1.00
625
625
0.00
9
舷侧板
12
4150
498.0
3.38
1683.24
5689.35
714.73
10
舷顶列板
14
1800
252.0
6.86
1728.72
11859.02
68.04
11
外舷侧纵骨
L300×12/90
45.36
7.125
323.19
2302.73
0.00
12
外舷侧纵骨
L250×12/90
39.36
6.5
255.84
1662.96
0.00
13
外舷侧纵骨
L250×12/90
39.36
5.875
231.24
1358.54
0.00
14
外舷侧纵骨
L250×12/90
39.36
5.25
206.64
1084.86
0.00
15
外舷侧纵骨
L300×12/90
45.36
4.625
209.79
970.28
0.00
17
舭纵桁
┴500×10/80×12
59.60
0.75
44.70
33.52
0.00
18
舭纵桁
┴500×10/80×12
59.60
0.40
23.84
9.54
0.00
19
平台板
10
1800
180.0
4.0
720
2880
0.00
20
甲板板
14
1800
252
7.76
1955.52
15174.84
0.00
21
甲板纵骨
L280×14/90×
（2）
99.68
7.65
762.55
5833.52
0.00
22
平台纵骨
L240×12/90×
（2）
76.32
3.87
295.36
1143.04
0.00
23
纵壁板
10
7760
776
3.88
3030.88
11682.21
3894.07
24
舱口围板
12
1200
144.0
8.36
1203.84
10064.10
17.28
25
舱口围板面板
L280×14/90
49.84
8.96
446.56
4001.23
0.00
26
舱口水平桁
L280×14/90
49.84
8.36
416.66
3483.30
0.00
27
内舷侧纵骨
球扁钢160×38×10
21.25
7.125
151.41
1078.77
0.00
28
内舷侧纵骨
L200×12/90
33.36
6.5
216.84
1409.46
0.00
29
内舷侧纵骨
L200×12/90
33.36
5.875
195.99
1151.44
0.00
30
内舷侧纵骨
L200×12/90
33.36
5.25
175.14
919.49
0.00
31
内舷侧纵骨
球扁钢140×35×9
16.94
4.625
78.35
362.36
0.00
32
内舷侧纵骨
球扁钢140×35×9
16.94
1.40
23.72
33.20
0.00
33
外舷侧纵骨
L250×12/90
39.36
3.35
131.86
441.72
0.00
34
外舷侧纵骨
L250×12/90
39.36
2.7
106.27
286.93
0.00
35
外舷侧纵骨
L300×12/90
45.36
2.05
92.99
190.63
0.00
36
内舷侧纵骨
球扁钢160×38×10
21.25
3.35
71.19
238.48
0.00
37
内舷侧纵骨
L200×12/90
33.36
2.7
90.07
243.19
0.00
38
内舷侧纵骨
L200×12/90
33.36
2.05
68.39
140.20
0.00
∑
5701.3
16112.1
86769.3
4737.6
四、货舱区域船体结构构件校核
标准肋骨或纵骨间距：
S=（0.0016×L1+0.5）=0.654m
S艏艉尖舱内=0.515m
系数C值:
C=10.75-（
）3/2=7.84
1、货舱区域船体外板
1.1船底为纵骨架式,船舯部0.4L区域船底板厚度t应不小于下列两式计算值§2.3.1.3
t1=0.043Sfb1/2（L1+230）=9.18mm
t2=5.6S[fb（d+h1）]1/2=9.91mm
式中：
S=0.654mfb=1d=6.10mC=7.84L1=96.30m
h1=0.26C=2.04m且h1≯0.2d=1.22m取h1=1.22
取t=12mm满足要求
1.2平板龙骨§2.3.2
平板龙骨宽
b=900+3.5L=900+3.5×96.30=1237.1mm
平板龙骨厚：
t=t底+2=9.91+2=11.91mm
取b=1500mmt=14mm满足要求
1.3舭列板§2.3.3
当舭列板处为纵骨架式时,厚度t应不小于1.1计算值:
t=9.91mm
取t=12mm满足要求
1.4舷侧列板§2.3.4
船舯0.4L区域内舷侧外板厚度t应符合下述规定:
1.4.1距基线3/4D以上舷侧板厚度t应不小于下列两式计算值:
§2.3.4.2
t1=0.073SE-1（L1+110）（Fb）0.5=6.48mm
t2=4.2S（d+h2）1/2=7.91mm
式中:
S=0.654mfb=1d=6.10mL1=96.30mE=1.52
C=7.84h2=0.5C=3.92且h2≯0.36d=2.196取h2=2.196m
取t=12mm满足要求
1.4.2距基线D/4以下舷侧外板厚度t应不小于下列两式计算值:
t1=0.072SE-1（L1+110）（Fb）0.5=6.39mm
t2=6.3S[（d+h1）Fb]1/2=11.15mm
式中:
S=0.654mfb=1d=6.10mL1=96.30mE=1.52
h1=0.26C=2.04m且h1≯0.2d=1.22m,取h1=1.22m
取t=12mm满足要求
1.4.3舷顶列板§2.3.5
宽度b≮0.1D=0.766m，厚度不小于相邻舷侧外板的厚度。
船舯0.4L区域内的舷顶板厚度t应不小于下列两式计算值§2.3.5.2
t1=0.06s（L1+110）（Fd）1/2=8.1mm
t2=0.9s（L+75）1/2=7.7mm
式中:
S=0.654fd=1L=96.30mE=1.52
取b=1.80mt=14mm满足要求
2、货舱区域甲板
2.1开口边线外强力甲板厚度t应不小于下列两式计算值§2.4.2.1
t1=0.085SE-1（L1+110）（Fd）1/2=5.26mm
t2=1.05S（L+75）1/2=9.0mm
式中:
S=0.654mfd=1L1=96.30m,E=2.18
取t=10mm满足要求
2.2开口线内强力甲板厚度t§2.4.2.2
t=0.9S（L+75）1/2=7.70mm
式中:
S=0.654mL1=96.30m
取t=10mm满足要求
2.3甲板边板§2.4.3
宽度b=6.8L+500=1155m
厚度t≮强力=9.0mm
取b=1800mmt=14mm满足要求
2.4横向甲板条宽度b及厚度t应符合下列要求§7.3.2
宽度b=1.5L+1000=1144m
厚度t=10＋0.01L=10.96mm
取b=1150mmt=12mm满足要求
3、货舱区域的纵骨架式双层底骨架：
§2.6.1
3.1双层底高度应不小于下式计算值:
§2.6.2.1
h0=25B+42d+300=958.7mm
式中B=16.10md=6.10m
取h=1000mm满足要求
3.2中桁材厚度t应不小于下式计算之值:
§2.6.2.2
t=0.0077h0+4.0=11.38mm
取t=12mm满足要求
3.3旁桁材厚度应不小于下式计算值且不小于相应的肋板厚度:
§2.6.10.2
t=t中－3=8.38mm
取t=10mm满足要求
非水密旁桁材垂直加强筋取—150×10满足要求
3.4实肋板厚度应不小于按下式计算值:
§2.6.11.2
t横=0.0077h0+1=8.38mm且t纵=1.1t横=9.22mm
式中:
h0=958.7mm
取t=10mm满足要求
非水密肋板垂直加强筋取—150×10满足要求
3.5水密肋板较实肋板厚度增加2mm,但不必大于15mm：
§2.6.10.1。
t=t实＋2=11.22mm
取t=12mm满足要求
3.6船底纵骨剖面模数W应不小于下式计算值:
§2.6.12.2
W=
（d+h1）Sl2=124cm3
式中:
S=0.50md=6.10ml=2.0mf=1Fb=1h1=1.22m
取L140×90×10W=177cm3满
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