963m近海集装箱船船体结构规范设计
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江苏科技大学本科毕业论文
96.3m近海集装箱船船体结构规范设计Structure Design of 96.3m Container Ship by Rule
摘要
单甲板关键词：集装箱船；结构设计；基本结构图；横剖面图
Abstract
The main ideal of this paper is structure design of 400 TEU container ship.This ship is of steel, double-hull, single deck, stern model, double machines and one pair of oars and dual rudders and one pair of tail fins, with forecastle, poop deck and five - storeyed deck houses. Structural forms of Double bottom, the upper deck and side district of cargo compartment of this ship are of longitudual skeleton; the machine room, structure of bow stern and superstructure transverse. This ship is the inshore navigating area.
The first is inspection, by library,internet and daily accumulation, one can understand the structure characteristic of container ship.This article gets the mind of structure by calculating the structure, checks the intensity of the amid ship section according and learns the
to particularly introduce the structure of representative part.
Same structure design rules are considered in this article. For exemple, the whole of structure,symmetrical press and easy transfer, minishing focused stress and local strengthener. Besides economy is considered, this article uses the mind of the first design then to make most use of component size.
Keywords:Container ship, Structure design, Basically structure plan,
Transverse ship section plan
目录
第一章绪论------------------------------------1
1.1 概述----------------------------------------------------1
1.2 装箱船的研究现状和市场前景------------------------------1
1.3 集装箱船的结构特点--------------------------------------3
1.4 本设计船舶的布置特点------------------------------------3
第二章船体结构规范设计-------------------------5
2.1 设计说明-----------------------------------------------5
2.2 船舶主要参数-------------------------------------------5
2.3 货舱区域构件校核---------------------------------------5
2.3.1 骨材的标准间距或纵骨间距----------------------------5
2.3.2货舱区域船体外板-------------------------------------6 2.3.3货舱区域甲板-----------------------------------------9 2.3.4 货舱区域的纵骨架式双层底骨架：---------------------10 2.3.5 货舱舷侧骨架---------------------------------------12 2.3.6 货舱区甲板骨架-------------------------------------16 2.3.7货舱平面横舱壁--------------------------------------18 2.4 机舱区域构件校核---------------------------------------20 2.4.1机舱区肋骨------------------------------------------20 2.4.2甲板横梁与甲板纵桁----------------------------------22 2.4.3 支柱-----------------------------------------------23 2.4.4 其它构件-------------------------------------------24 2.5 船端加强-----------------------------------------------27 2.5.1 艏尖舱----------------------------------------------27 2.5.2艉尖舱内加强----------------------------------------29 2.5.3 首、尾尖舱内的肋骨---------------------------------30 2.5.4 艏柱-----------------------------------------------30 2.5.5 船艏底部加强---------------------------------------31 2.6 上层建筑-----------------------------------------------33 2.6.1计算压头--------------------------------------------33 2.6.2 艏楼后端壁-----------------------------------------33 2.6.3 扶强材---------------------------------------------34 2.6.4 舷侧板---------------------------------------------34 2.6.5 甲板板厚-------------------------------------------34 2.6.6 肋骨-----------------------------------------------35 2.6.7甲板横梁--------------------------------------------35 2.6.8 甲板纵桁-------------------------------------------36 2.6.9 强横梁---------------------------------------------37 2.7 甲板室及机舱棚-----------------------------------------37 2.7.1计算压头--------------------------------------------37 2.7.2 围壁板---------------------------------------------39
2.7.3 扶强材---------------------------------------------40
2.7.4 甲板横梁-------------------------------------------40
2.7.5 甲板纵桁-------------------------------------------41
2.7.6 救生甲板强横梁-------------------------------------41
2.7.7 除首楼外甲板板厚-----------------------------------42
2.7.8 机舱棚---------------------------------------------43
2.7.9 舷墙-----------------------------------------------43
2.7.10 集装箱舱盖----------------------------------------44
2.8 船中剖面模数计算--------------------------------------45结语---------------------------------------------------48第考文献-------------------------------------50致谢-----------------------------------------51附录一：英文译文
附录二：英文翻译原文
附录三：中横剖面图
附录四：艏、尾横剖面图
附录五：典型区域结构图
附录六：基本结构图
第一章绪论
1.1概述
集装箱运输，即以集装货物的箱子为运输单元，箱内货物在运输过程中，不必像过去的杂货运输那样装卸，节省了大量的劳动力和时间，使货物装卸的速度加快，费用减少[1]。随着工农业生产的发展和国内外贸易的不断扩大，大量的各种货物需要用各种不同类型的船只运输。可是，长期以来用于装运成包、成扎、成箱干货的普通货船，因为装卸工作量繁重，装卸效率难以大幅度提高，因而影响船舶的运输周期。在20世纪50年代后期，在一些国家的铁路运输线上首先出现了集装箱运输的方式，后来发展到水陆联运，组成了集装箱运输线。集装箱船是目前世界最常见的一类船舶，其设计方法也比较经典。
1.2装箱船的研究现状和市场前景
2003年以来，世界集装箱海运量特别是亚洲地区集装箱海运量快速增长，导致集装箱船运力需求猛增，这也是集装箱船市场兴旺的根本原因。据估计，从东亚运往欧洲的集装箱数量2004 年同比增长了8.7%，2005 年上半年同比增长20%。目前，世界前10大集装箱港口如香港、新加坡、上海、深圳、釜山和高雄港等都在亚洲。随着亚洲国家“世界制造中心”地位的确立，工业制成品数量将大幅增长，加上亚洲至欧洲、北美洲的远距离运输需求的增加，今后航运市场对集装箱船运力的需求仍将保持兴旺态势。预计2006～2010 年间南、北美洲的全部集装箱港口货量增长48%～61%，北美西海岸港口的货物吞吐量增长48%～61%，而大西洋和海湾地区港口货物吞吐量相对滞后，预测到2010 年整个地区港口的货物吞吐量最高达8600万TEU。
中国香港出版的《海运亚洲》2004年春季版指出，运力在1000～2000TEU的集装箱船舶目前处于供不应求的状态，世界船队中此种集装箱船舶奇缺，船舶租金早在一年前就已突破每日1万美元大关。进入2005年后，运力在1700TEU的集装箱船舶的每日每艘租金已经高达4万美元。租船市场的活跃显示了集装箱班轮运输市场的复苏以及船东对市场发展良好的信心，预计2006年租船市场会继续坚挺。
在货物运输结构上，高附加值的货物将会以更快的速度增长，散杂货集装箱化率将会越来越高，适箱货源走势看涨，水运长距离集装箱运输将会有较大发展。目前，主要国际航线上的散杂货集装箱化比重已达到相当高度，1.5万～2万t 的散杂货船已基本被淘汰，而全集装箱船队则迅速增长。此外，集装箱的用途正在迅速扩大，如在冷藏货运
输中，冷藏箱已取代冷藏船占主导地位，且比重仍在扩大中；液体化工原料罐式集装箱的比重正在上升；一些传统散运或裸运的货物，粮食、方木等已经开始用集装箱运输；轿车专用集装箱也已推出。
据国际有关部门预测，今后世界上将需要大量标准支线集装箱船，这种船将成为集装箱航运公司大量扩充的船型。预计2010年前世界支线集装箱船船队总载箱量的需求将达到9900万TEU。为了确定支线集装箱船对特定航区的适应性，经过对不同行业、航线、集装箱中转站和港口进行的调查，得出的结论是，2010年前需要增加2400艘支线集装箱船（载箱量小于1500TEU）；面对这种状况，特别是在韩国和日本手持订单量大造成船位不足的情况下，韩国和日本船厂不会大力承接支线集装箱船订单，这将给东欧和中国船厂带来良好的发展机遇[2]。
随着全球经济的稳步增长，世界贸易额也在不断扩大，在良好的国际环境下，中国经济运行的稳定性和协调性明显增强，这些无疑为集装箱运输市场的高速发展增添了动力。截至2005年底，全球集装箱船舶3660艘，共计810.8万TEU，同时，大多数航运巨头都在扩充其船队[3]。
未来新的订单更加体现出集装箱船舶大型化的趋势，中远集运的新订单中平均每艘船舶的TEU容量甚至高达7640TEU;而其他大多数班轮公司的这一指标也在5000～7 OOOTEU中波动。但是这类集装箱船舶却未必能给班轮公司带来预期的规模效应，而且世界贸易的风险可能会使大型集装箱船舶显得不太经济。
对于中国来说，对外贸易的蓬勃发展以及主要港口集疏运条件的改善使得越来越多的大型集装箱船舶投人这一亚洲重要市场运营。诚然，大型集装箱运输可以在一定程度上降低单位TEU的运输成本，但是班轮公司如果仅凭此就作出运输策略则未免片面。事实上，使用大型集装箱船舶也有一定的限制和其他不利条件，我们将重点讨论这些经济问机动性，专家估计未来建造18 OOOTEU的超大型集装箱船舶并不比建造3艘6OOOTEU 的船舶划算多少。
船舶运输是历史悠久的贸易运输方式。由于贸易是进行世界范围的商品交换，地理条件决定了航运的重要作用。目前国际贸易总运量的三分之二以上都是利用船舶运输完成的，从而使船舶运输成为国际贸易中最重要的运输方式。随着我国物流业的迅速发展，对集装箱船舶的需求量也是越来越大，因为船舶运输的特点就是运输量大，通用能力强，运费低廉，大多数商家都看上这些特点，在选择运输方式的时候，首先就会选择航运。集装箱船舶大型化是国际集装箱航运从起步、发展到完善的高级阶段。但是，从航线运
力分布上看，由于大型船本身的局限性，除了东西航线，几乎没有其他航线可以配置大型集装箱船。另外，近期新辟航线已出现采用中小型船舶的趋势[2]。
1.3集装箱船的结构特点
1. 集装箱船的结构与一般的货船不同，为方便集装箱布置，垂向均采用直壁式结构。它的货舱舱口宽几乎与货舱宽度一样大，舷边只留下一条宽度不大的甲板边板。这样大的开口对船的抗弯、抗扭和横向强度都很不利。为了补偿强度的不足，在结构上常采用以下加强措施[4]。
(1)采用具有水密舷边舱的双层舷侧；
(2)增加甲板边板和舷顶列板的厚度；
(3)加强两个货舱口之间的舱口端横梁和甲板横梁；在角隅出设置加强板；
(4)在货舱区，横舱壁设置横向抗扭箱；
(5)船底为双层底，一般设置箱型中底桁，便于管路、电缆通过。
1.4本设计船舶的布置特点
本船为全焊接结构的钢质货船，单甲板、尾部设五层甲板室，采用双机、双桨、流线型平衡舵。
（1）船舶主要参数如下：
船员 18人
艉升高甲板至救生甲板 2.40m
救生甲板至居住甲板（一） 2.30m
居住甲板（一）至居住甲板（二） 2.20m
居住甲板（二）至驾驶甲板 2.20m
驾驶甲板至罗经甲板 2.20m
在设计吃水6.10m的满载工况：
排水量 7925t
方形系数 0.823
载重量～6000t
集装箱最大装载量 279TEU
（2）总布置概述：
主船体由尾至首，主甲板以下设：
艉尖舱（艉～#4）
舵机舱（艉～#4）
No.2淡水舱（艉～#4左、右）
机舱（#4～#33）
No.2重油舱（#31～#33）
No.1重油舱（#33～＃45左、右）
No.6货舱（#33～#59）双层底下设No.7压载舱
No.5货舱（#59～#85）双层底下设No.6压载舱
No.4货舱（#85～#111）双层底下设No.5压载舱
No.3货舱（#111～#137）双层底下设No.4压载舱
No.2货舱（#137～#161）双层底下设No.3压载舱
No.1货舱（#161～#174）双层底下设No.2压载舱
No.1淡水舱（#149～#161）
应急消防泵舱(#161～#174)
锚链舱（#174～#179）平台下设No.1压载舱
艏尖舱（＃179～艏）
主甲板上甲板室内设单人住室4间以及餐厅、厨房、食品间、备品间、CO2室、洗浴室、卫生间、机舱棚等。
艏楼内设应急发电机室
救生甲板上甲板室内设单人住室5间以及轮机长室、蓄电池室、充放电板室、储物间、卫生间。
居住甲板（一）上甲板室内单人住室1间、双人住室3间和会议室。
居住甲板（二）上甲板室内单人住室2间、双人住室1间和船长室。
驾驶甲板上甲板室内设驾驶室、海图室、报务室、信号桅。
第二章船体结构规范设计
2.1 设计说明
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CCS2006《钢质海船入级与建造规范》进行计算与校核。
2.2 船舶主要参数
—————————————103.86m
总长 L
O.
A
—————————————96.30m
两柱间长 L
B.
P
型宽 B ————————————— 16.10m
型深 D ————————————— 7.76m
设计吃水 d ————————————— 6.10m
梁拱 f ————————————— 0.30m
————————————— 0.823m
方型系数 C
b
主机功率 P ————————————— 1324kw
肋距 s ———————————— 0.515m
§1.1.2.1计算船长均不应小于夏季载重线总长的96%, 且不必大于97%。
本船夏季载重线总长L=99.6m 实取计算船长L=96.30m ，满足要求
§2.2.1.2、§2.2.1.1 本节规定适用于满足下列条件的船舶：
≥ 0.6，且船长≥65 m。
L/B ＞ 5 B/D ≤ 2.5 C
b
本船主尺度比：
L/B=6.46＞5 B/D=2.07≤2.5 C
=0.823≥ 0.6 L=96.3m≥65 m
b
2.3 货舱区域构件校核
2.3.1 骨材的标准间距或纵骨间距
§1.2.8.1 肋骨、横梁或纵骨( 船底、舷侧、甲板) 的标准间距S b应按下式计算：
= 0.0016L + 0.5 m，且不大于0.7m
S
b
式中： L ——船长，m 。本船L=96.3m 。
本船标准肋骨或纵骨间距：
S=（0.0016×L1+0.5）=0.654m
本船取S=0.515m
S 艏艉尖舱内 =0.515m
系数C 值:
C=10.75-(
100300L )3/2=7.84 ，当90≤L ≤300m 时； 2.3.2货舱区域船体外板
（1）船底板厚度 §2.3.1.3 船底为纵骨架式时, 船中0.4 L 区域内的船底板厚度t 应不小于按下列两式计算所得之值：
t 1=0.043S F b 5.0L 1+230）=9.18mm
t 2=5.6 S[F b (d + h 1)]5.0
=9.91 mm
式中:s ——肋骨间距,m, 计算时取值应不小于肋骨的标准间距；
d ——吃水, m ；
L 1——船长, m; 但计算时取不必大于200m ；
F b ——折减系数，见本章2.2.5.7；
h 1= 0.26C, 计算时取不大于0.2d;
本船 S=0.654 m F b =1 d=6.10 m C=7.84 L 1=96.30 m
h 1=0.26C=2.04m 且h1≯0.2d=1.22m 取h 1=1.22
本船实取 t=12mm 满足要求
（2）平板龙骨
§2.3.2.1 平板龙骨的宽度b 应不小于按下式计算所得之值:
b=900+3.5L
式中: L ——船长,m 。平板龙骨的宽度不必大于1800mm 。 平板龙骨的宽度
应在整个船长内保持不变。
本船b=900+3.5×96.30=1237.1mm
§2.3.2.2 平板龙骨的厚度不应小于本节所要求的船底板厚度加2mm。且均应不小于相邻船底板的厚度。
本船平板龙骨厚：t=t 底+2=9.91+2=11.91mm
本船实取b=1800mm t=14mm 满足要求
（3）舭列板
§2.3.3.1 舭列板厚度, 当舭列板处为横骨架式时, 应不小于按本节2.3.1.2 计算所得; 当舭列板处为纵骨架式时, 应不小于按本节2.3.1.3 计算所得。
当舭列板处为纵骨架式时,厚度t应不小于2.1计算值:
t=9.91 mm
本船实取 t=12mm 满足要求
（4）舷侧列板
§2.3.4.3 舷侧为纵骨架式时, 船中部0.4L 区域内舷侧外板厚度t 应符合下列规定:
1）距基线1/2D 以上的舷侧外板厚度t 应不小于按下列两式计算所得之值:
t 1=0.06S(L
1
+110) F
d
5.0=8.10mm
t
2=4.2S(d + h
2
)5.0=7.91mm
式中:s ——纵骨间距,m，计算时取值应不小于纵骨的标准间距;
L ——船长,m，计算时取值不必大于190m;
D ——吃水,m;
F
d
——折减系数，见本章2.2.5.7;
h
2
——见本节2.3.4.2。
本船: S=0.654m F
d =1 d=6.10m L
1
=96.30m
C=7.84 h
2=0.5C=3.92 且h
2
≯0.36d=2.196 取h
2
=2.196m
本船实取 t=12mm 满足要求
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:
t 1=0.06S(L
1
+110) F
b
5.0=8.10mm
t
2
=5.4S[(d + h
1
) F
b
]5.0=9.55mm
式中:s ——纵骨间距,m，计算时取值应不小于纵骨的标准间距;
L
1
——船长,m，计算时取值不必大于190m;
d ——吃水,m;
F
b
——折减系数，见本章2.2.5.7;
h
1
——见本节2.3.1.2；
本船: S=0.654m F
b =1 d=6.10m L
1
=96.30m
h 1=0.26C=2.04m 且h
1
≯0.2d=1.22m, 取h
1
=1.22m
本船实取 t=12mm 满足要求
（5）舷顶列板
§2.3.5.1 舷顶列板的宽度应不小于：
b = 800 + 5L mm，但也不必大于1800mm
式中：L——船长，m。
本船b=800+5×96.30=1281.5mm
实取b=1800mm
§2.3.5.3 舷侧为纵骨架式时，船中0.4L 区域内的舷顶列板厚度t 应不小于按下列两式计算所得之值:
t 1=0.06s (L
1
+110)F
d
5.0=8.1mm
t
2
=0.9s（L+75）5.0=7.7mm
式中: s ——纵骨间距,m，计算时取值应不小于纵骨的标准间距;
L ——船长,m;
L
1
= L, 其中L 为船长,m，但计算时取值不必大于200m;
F
d
——折减系数，见本章2.2.5.7。
本船: S=0.654 F
d
=1 L=96.30m
本船实取 b=1.80m t=14mm 满足要求
2.3.3货舱区域甲板
（1）强力甲板
§2.4.2.1 开口边线外强力甲板厚度t，除应符合中剖面模数要求外, 还应不小于按下列各式计算所得之值:
t 1=0.06s (L
1
+110)F
d
5.0=8.1mm
t
2
=0.9s（L+75）5.0=7.7mm
式中:s ——纵骨间距,m，计算时取值应不小于纵骨的标准间距;
L ——船长,m;
L
1
= L,m，但计算时取值不必大于200m;
F
d
——折减系数，见本章2.2.5.7。
本船: S=0.654m F
d =1 L
1
=96.30m
本船实取 t=12mm 满足要求
§2.4.2.2 在开口边线以内及离船端0.075L 区域内的强力甲板, 无论是纵骨架式或横骨架式, 其厚度t 应不小于按下式计算所得之值:
t
2
=0.9s（L+75）5.0=7.7mm
式中:s ——骨材间距,m，计算时取值应不小于骨材的标准间距;
L ——船长,m;
本船: S=0.654m L1=96.30m
本船实取 t=12mm 满足要求
（2）甲板边板
§2.4.3.1 在船中部0.4L 区域内的强力甲板边板宽度，应不小于(6.8L+500)mm。其中L 为船长，但不必大于1800mm。强力甲板边板在端部的宽度，应不小于船中部宽度的65%。强力甲板边板厚度，应不小于强力甲板厚度。
宽度b=6.8L+500=1155m
厚度t≮强力=10.0 mm
本船实取 b=1800mm t=14mm 满足要求
（3）横向甲板条
§7.3.2.1 当强力甲板的横向甲板条构成横舱壁的顶板时，其宽度b 应不小于按下式计算所得之值：
b = 1000 + 1.5L mm
式中： L——船长，m。
本船宽度b=1.5L+1000=1144m 厚度t=10＋0.01L=10.96 mm
本船实取 b=1150mm t=12mm 满足要求
2.3.4 货舱区域的纵骨架式双层底骨架：
（1）双层底高
应不小于：§2.6.2.1 在船体中纵剖面处应设置中桁材。中桁材高度h
= 25B + 42d + 300 mm，且不小于650mm
h
式中: B——船宽, m;
d——吃水, m。
=25B+42d+300=958.7mm
本船 B=16.10m d=6.10m h
本船实取h=1000mm 满足要求
（2）箱形中桁材
§2.6.3.1 中桁材可用箱形中桁材( 管隧) 代替。箱形中桁材侧板厚度应不小于水密肋板的厚度（t=12mm）3.5 2.6.6.1,侧板之间的距离应不大于2m。
本船实取 b=1500mm t=12mm 满足要求
（3）旁桁材
§2.6.10.2 对船宽大于12m 但不大于20m 的船舶, 中桁材两侧至少应各设1 道旁桁材。旁桁材和水密旁桁材的厚度应符合本节2.6.4.1 的要求。旁桁材的厚度可比本节2.6.2.2 规定的中桁材厚度减少3mm
t=t 中－3=8.38mm
本船实取 t=10mm 满足要求
非水密旁桁材垂直加强筋取—150×10 满足要求
（4）非水密实肋板厚度
§2.6.11.2 纵骨架式实肋板厚度应较本节 2.6.5.1 要求的实肋板厚度增厚10%, 但不必大于15mm 。
t = 0.0077h 0 + 1 mm
式中: h 0 ——双层底计算高度,mm 。
t 横 =0.0077 h 0+1=8.38mm 且t 纵 =1.1 t 横=9.22mm
本船: h 0=958.7mm
本船实取 t=10mm 非水密肋板垂直加强筋取—150×10 满足要求
（5）水密肋板的厚度
§2.6.6.1水密肋板厚度较货舱实肋板厚度增加2mm, 但一般不必大于15mm 。
t=t 实＋2=11.22mm
本船实取 t=12mm 满足要求
（6）船底纵骨
§2.6.12.2 船底纵骨的剖面模数W, 应不小于按下式计算所得之值: W=
b F f 73.15.8(d + h 1)Sl 2=221.7 cm 3 式中:s ——纵骨间距,m ； l ——纵骨跨距,m ，但不小于1.5m ；
d ——吃水,m ；
f ——系数, 有中间垂直撑柱时为0.52，无中间垂直撑柱时为1.0；
F b ——折减系数，见本章第2 节2.2.5.7；
h 1——见本节2.3.1.2。