【ポピュラーサイエンス】船の構造の基礎知識

船体の構成

船舶は水に浮かぶ構造物であり、通常は主船体部と上部構造部からなる複雑な構造をしています。

上甲板が境界、下部が主船体、上部を総称して上部構造と呼びます。

船体内部の空間は、各甲板、横隔壁、縦隔壁によって区画され、船のさまざまな客室を形成しています。

1.主船体

主船体の防水シェルは、まず甲板、次に外板で構成されます。内部は、デッキ、縦隔壁、横隔壁、およびそれらに対応するフレームを介して多くの客室に分割されています。

主船体は主に、船底構造、側方構造、甲板構造、隔壁構造、船首・船尾構造から構成されます。

上部構造の基礎となるのが主船体です。通常、主船体内には機関室、燃料タンク、水タンク、貨物倉などが配置されています。主船体の主な機能は、船体が水に浮くことができ、一定の強度を確保するために縦方向の強度に関与することです。

2.上部構造

主船体の対応するプレートフレームは、上部構造の構造と同様です。隔壁、デッキ、梁、リブ、デッキ縦材、デッキガーダー、隔壁補剛材などの多数のコンポーネントで構成されています。

上部構造物の機能には、乗務員が作業する部屋の配置、乗客が居住する部屋の配置、各種機器の配置、各種設備の配置などが含まれます。

船体フレームタイプ

船体は鋼板とフレームで構成される細長い箱状の構造物です。

船体のフレーム タイプは次のように分類できます。

縦フレームタイプ

2.横枠タイプ

3. 混合骨格タイプ

1.縦フレームタイプ

縦フレームタイプとは何ですか？縦フレームが比較的密で比較的サイズが小さく、横フレームが疎で比較的サイズが大きい船体フレーム形式です。

構造上の特徴:

利点は、縦方向の開口部が比較的密に配置されているため、全体的な縦方向の強度が比較的良好であるため、基板の安定性が比較的良好であり、基板の厚さを薄くすることができ、それによって構造の重量を軽減できることである。

デメリット：施工が面倒。

大型・中型船については、甲板は縦フレーム構造とし、船底も縦フレーム構造とする。一部の石油タンカーでは中間部も縦フレーム構造を採用しています。これが適用範囲です。

2.横枠タイプ

このようなフレームを備えた船体のタイプがあり、横フレーム型と呼ばれます。その特徴は、横フレームが比較的密でサイズが比較的小さいのに対し、縦フレームは疎でサイズが大きいことです。

構造上の特徴:

骨材のほとんどが横方向に並んでおり、横方向の強度が良好な状態にあることが利点です。同時に、建設プロセスは比較的便利であり、建設コストは低レベルです。

欠点は、同じ外力を受ける条件下では、縦フレームタイプに比べて外板やデッキの厚みが厚くなり、構造重量が相対的に重くなることです。

適用範囲に関しては、主に小型および中型の船舶で使用されます。大型船舶では、側面部分のほとんどが関連する構造工法を使用して構築されます。下部デッキエリアにも多くの用途があります。船首・船尾部分もほぼ横フレーム構造を採用しています。

3. 混合骨格タイプ

概念: 垂直部材と水平部材の間隔とサイズが同様のボーン タイプを混合スケルトン タイプと呼びます。

また、船体フレーム形式によっては、主船体の一部に横フレーム式、他の部分に縦フレーム式を採用したものもあります。このタイプはミックスフレームタイプとも呼ばれます。

適用範囲は主に大型および中型の船舶です。強固な甲板は縦フレーム式、船底も縦フレーム式、舷側は横フレーム式、下甲板は横フレーム式、船首・船尾端も横フレーム式を採用しています。

船体シェル

1. その機能は、船が対応する浮力を確保するために水密シェルを形成できることです。また、船体の縦方向の主要な構成要素でもあるため、船体の全体的な縦方向の強度と局所的な強度が確保されます。

2. 外板は鋼板を溶接して形成されています。鋼板の長辺は船長方向に沿って配置される。プレートは短辺で接続されてストレーキを形成します。

サイドシームは、隣接する 2 つのボード列の間に存在するシームです。エンドシームは、同じ列のボード上のボード間の継ぎ目です。これらはエンドシームと呼ばれます。

主な船体の構造と名称の紹介

(1) 船底構造

船底構造は単底構造と二重底構造に分けられます。

単底構造はこのような性能を持っています。構造がシンプルで施工が比較的簡単なのがメリットです。ただし、欠点もあります。縦方向の強度はそれほど大きくなく、耐沈下性も比較的劣ります。

まず、二重底構造には以下のようなメリットがあります。まず、船の耐沈下性は比較的良好です。第二に、船底には油、水、バラスト水を積載できる空間があり、それによって船の浮上状態が調整され、船の重心が下がり、船の安定性が向上する。第三に、船の縦方向の強度を高めることができます。

1.シングルボトム構造

横型フレーム一底構造

1) 構成: ミドルインナーキール、サイドインナーキール、リブで構成されます。

ａ．縦方向コンポーネント: ミドルインナーキール、サイドインナーキール

b.横部材：リブ（各リブ位置に設置、中キールと内側キールで中断）

2) 用途: 横フレーム単底構造は、内陸河川の小型船舶や大型船舶の船首・船尾部分によく使用されます。

縦フレーム一底構造

1) 構成: 中間インナーキール、サイドインナーキール、下部縦フレーム、フロアプレートで構成されます。

ａ．縦材: 中央内側キール、サイド内側キール、および多数の下部縦材

b.横部材：リブ（数リブ位置毎に設定）

２）状況はこんな感じです。従来、タンカーや小型船舶では縦フレーム単底構造が多く採用されていました。しかし、現在ではその使用は非常にまれになっています。

2.二重底構造

横枠二重底構造

1) 構成：中桁、側桁、床からなる。

ａ．縦材：中桁、横桁

b.横部材：リブ（リブレベルごとに設定）

床は無垢床、複合床、防水床の3種類に分けられます。

2) 使用目的：横フレーム形式の二重底構造は主に内水域、中・小型客船、中・小型貨物船の貨物倉内などに使用されます。

縦フレーム二重底構造

1) 構成：中桁、側桁、外底縦材、内底縦材、床板からなる。

ａ．縦断材：中桁、側桁、外底縦断材、内底縦断材

b.横部材：リブ（数リブ位置毎に設定）

2) 用途：縦フレーム二重底構造は主に大型船舶、特に大型オイルタンカーの船底に使用されます。

(2) 側面構造

側構体とは、船底と甲板を繋ぐ側壁のことです。船外からの水圧や衝突力、波の衝撃力などを直接受けます。

側面構造の分類:

横フレームサイド構造

1) 構造形式:

a.シングルリブタイプ

b.ウェブフレームタイプ：リブ、ウェブフレーム、横縦桁で構成されます。

2) 用途: 内陸河川の船舶の側面構造によく使用されます。

2.縦フレーム接触面構造

1) 構成:

サイド縦と強固なフレームを組み合わせて構成されています。縦フレーム型船側構造では、リブの代わりに側縦フレームが使用されます。それらはデッキの重量を支えることができず、全体的な縦方向の強度のみを支えます。

2)用途：主に数隻の大型石油タンカーや鉱石船で使用されます。

(3) デッキ構造

デッキ構造は、デッキプレート、梁、横梁、ハッチエンドビーム、デッキガーダー、デッキ縦材、ハッチコーミング、柱で構成されます。デッキ構造は横フレームデッキ構造と縦フレームデッキ構造の2種類に分けられます。

1. 横フレームデッキ構造

1) 構成:

縦材：デッキガーダ

横部材: ビーム、ハーフビーム、ハッチエンドビーム、ウェブビーム

2) 用途：大型船の下甲板や内陸河川船の甲板によく使用されます。

2.縦フレームデッキ構造

1) 構成:

縦材：デッキガーダー、デッキ縦材

横材：強力梁（リブ数本に1本設置）

2) 用途：大型船舶の上甲板やタンカーの主甲板によく使用されます。

3. 貨物ハッチコーミング構造

1) コンセプト:

ハッチ周りに設置されるコーミングとは、一般に貨物ハッチのコーミングを指します。

2) 構成:

オープンカーゴハッチのコーミング構造は、縦方向と横方向のコーミングで構成されています。

ホーディングの上部には水平補強リブが、ホーディングの外側には縦補強リブが設けられています。

3) 機能:

ハッチコーミングにより、船外からの水がキャビンに流入するのを防ぎ、キャビン内への人の転落を防ぐことができます。また、ハッチ領域の構造強度も向上します。

4. デッキサポート構造

1) 概念: 柱はデッキやプラットフォームなどを支える柱です。

2) 柱の機能は、デッキガーダーと強力な梁のサイズを小さくし、それらが負担する力を下のより強力なコンポーネントに伝達することです。

3) 柱を設置する場合、柱上部の支持点と柱下部の支持点は、できる限り強固な縦材と横材が交わる位置に配置してください。

5.デッキボード

デッキメッキとはデッキ構造を構成するプレートのことで、縦方向に並んだプレート列で構成されています。

強度甲板は、既存の甲板の中で船体全体の縦強度を確保する上で最も大きな役割を果たしており、その甲板板の厚さも最も厚い。甲板の厚さは、同じ甲板内では船中央部が最も厚く、前後端に向かって徐々に薄くなります。

周囲のデッキ開口部を強化するために、あらゆる場所に二重メッキを使用する必要があります。強度デッキにおいて、左右の側面に沿ったスジのことをデッキサイドメッキと呼びます。ストレングスデッキの中で最も厚いストレーキです。

(4) 隔壁構造

隔壁の主な機能:

船室内の空間を分離して、船舶の耐沈没性を確保し、火災の延焼や有害なガスの拡散を回避し、船体の横方向の強度を維持します。

分類: 平隔壁と波形隔壁。

水の浸入を防ぐことができる隔壁を水密隔壁、油の浸入を防ぐことができる隔壁を油密隔壁といいます。

船長方向に配置された隔壁を縦隔壁、船幅方向に配置された隔壁を横隔壁といいます。

1. フラット隔壁

1) 構成: 隔壁パネルと隔壁補強材で構成されます。

隔壁板は、複数列の鋼板を溶接して形成される。船底付近では、1 列のプレートが最も厚いです。この列から上に向かって、各列の厚さが徐々に減少します。

隔壁補強材は通常、垂直型に配置されます。隔壁の高さが高い場合には、補剛材に加えて、補助的な水平補剛材、すなわち水平桁も設けられます。

2) 特徴：補剛材を多数設置すると船体の重量が増加し、施工が煩雑になります。

2.トラフ型隔壁

1) 用途：コルゲートバルクヘッド（波形隔壁）は現在、石油タンカーやばら積み貨物船で一般的に使用されています。

2) このような特性により、要求強度が同じであれば、波形隔壁の方が平隔壁に比べて軽量であり、形鋼の使用量を大幅に節約できるという利点がある。建設にも便利で、隔壁を通過するのにも非常に便利です。欠点は、客室の占有容量が大きくなり、梱包された商品の積載には不利であることです。

(5) ヘッドとテールの構造

1. ヘッダー構造

船首は、前峰隔壁から始まり船首柱で終わる領域です。船が航行しているとき、この部分は波や水面に浮いている物、接岸・離岸時の衝突などの影響を受けることが多い部分です。したがって、その構造を特別に強化する必要があります。

ヘッドポストの種類：直立型、前傾型、ソリ型、バルバス型などの種類があります。

2.テールの構造

船体の船尾隔壁の後ろの領域を船尾部と呼びます。

この部分は波の力や機械の振動、舵の動きなどを受けることが多いため、頭部と同様に特に強化する必要があります。

まず、通常の船尾の骨格は斜めのリブと斜めの梁で構成されています。これらの斜リブおよび斜梁は、一端が船尾キャビンに接続され、放射状に配置されている。その後、外板で囲まれて通常の船尾が形成されます。

船の船尾柱は尾翼構造の重要なコンポーネントです。その主な機能は舵とプロペラを支持および保護することであり、尾翼構造の強度を向上させることができます。

いくつかの代表的な輸送船の構造的特徴

(1) 一般貨物船の構造的特徴：

一般貨物船はハイブリッドスケルトン船体構造を採用することが多いです。

荷室は2段以上あり、底部は二重底構造になっています。

このうち、アッパーデッキは縦フレーム構造、ダブルボトムも縦フレーム構造、ロアデッキは横フレーム構造、サイドも横フレーム構造となっています。

上甲板には大きな貨物ハッチがあり、下甲板にもさらに大きな貨物ハッチがあります。ハッチの角に柱があったり、ハッチの両端の中心線に柱があったりします。一部の貨物倉には半縦隔壁が装備されており、一部の貨物倉にはハッチ片持ち梁が装備されています。

(2) ばら積み貨物船の構造的特徴：

単胴ばら積み貨物船構造：ハイブリッドスケルトン船体構造。

底部は二重底になったフルデッキです。両舷甲板下にトップサイドタンクが2基あり、二重底のビルジには上向きに傾斜したホッパータンクがあります。

デッキ、サイド上部、ダブルボトム、サイド下部が縦フレーム構造、サイド部中間部が横フレーム構造となっています。

2.二重船体ばら積み貨物船構造

二重胴ばら積み貨物船は、単胴ばら積み貨物船をベースに開発され、側面に内船体を備えています。

側面二重船殻構造には横フレーム式と縦フレーム式があります。

二重船体の内部には水密性の有無にかかわらずプラットフォームが設​​置されます。さらに、プラットフォームは通常、内側船体とホッパータンクおよびトップサイドタンクの間の交差点に設置する必要があります。

以下に示すのは二重船殻ばら積み貨物船の断面構造であり、上甲板、上翼タンク、プラットフォーム、側外板、内船縦壁、横隔壁、ホッパータンク、内底板、外底板から構成されています。

(3) コンテナ船の構造的特徴

コンテナ船の貨物ハッチの幅は貨物倉の幅とほぼ同じです。これは船体の曲げ強度に非常に悪影響を及ぼします。また、船体のねじり強度にも非常に悪影響を及ぼします。また、船体の横強度にも非常に悪影響を及ぼします。したがって、構造上、補償措置を講じるべきである。

基本的な船体構造は二重底、二重側面構造であり、二重側面の上部に効果的なピットトーションボックス構造を配置しています。トーションボックスや他の同等の構造を共有する二重底および単層シェル構造に置き換えることもできます。

コンテナ船の船底とトーションボックス上部の側面、内殻縦壁、甲板を覆う強固な部分は縦フレーム形式を採用する必要があります。他の場所では、縦フレームタイプと横フレームタイプの両方を使用できます。 2 つの貨物ハッチ間のハッチ エンド ビームとデッキ ビームを強化する必要があります。

コンテナ船の断面構造は、中底ガーダー、2は縦ガーダー、3はコンテナ、4はハッチコーミング、5は縦デッキ、6は縦隔壁、7は周囲の平鋼、8はマンホール、9はガーダーフレーム、10はプラットホームデッキ、11はスチフナー、 １２はビルジキール、１３は側底ガーダー、１４は内底縦フレーム、１５は内底板、１６は底縦フレームである。

(4) 石油タンカーの構造上の特徴 石油タンカーには単船殻構造と二重船殻構造がある

石油タンカーの構造レイアウトの最大の特徴は、縦隔壁を備えていることです。内航小型石油タンカーの場合、中心線に縦隔壁を設置し、横方向に２つの貨物油タンクに分割する。大型タンカーは縦隔壁を2～3個備え、横方向に3～4個の貨物油タンクに分割されます。

1.単船体石油タンカーの構造

単胴石油タンカーの甲板は単層構造で、船底も単層構造で、側面も単層構造となっています。デッキは縦フレームタイプ、ボトムは縦フレームタイプを採用。側面は横フレームタイプと縦フレームタイプがあります。縦隔壁は、横フレーム型または縦フレーム型とすることもできる。大型石油タンカーの多くは全縦フレーム構造を採用しています。

全体の縦強度を確保し、デッキと外板の剛性を強化するため、すべてのプレートフレームに緻密な縦フレームを設置。

甲板と船底の中心線にも高い動揺桁が設置されています。

横環状リブフレームにより、船体の横方向の強度と剛性が向上します。

単胴石油タンカーの断面構造は、底板 1 枚、側板 2 枚、甲板 3 枚、縦フレーム 4 枚、金物フレーム、ブレース 6 枚、縦隔壁 7 枚、インナーキール 8 枚、デッキガーダー 9 枚、横梁 10 本、床板 11 枚、水抜き穴 12 枚、横隔壁 13 枚、水平ガーダー 14 枚、および垂直補剛材 15 枚で構成されています。

2.二重船体石油タンカー構造

現在の国際公害防止条約の規定によれば、海洋汚染を防止するため、単船体の石油タンカーは段階的に欠航されている。積載量5000T以上の大型・中型石油タンカーは、貨物油タンクを二重船殻構造とすることが義務付けられています。

二重船体の石油タンカーの貨物タンクは、二重底、二重船体、隔離室、甲板からなる構造です。また、二重底の内側や二重船体の内側には、貨物油や燃料油を積載することはできません。

二重船体の石油タンカーの貨物タンクのデッキフレームは縦フレーム式であり、二重底フレームも縦フレーム式である。長さが190mを超える場合、側面は通常縦フレーム式、内殻は通常縦フレーム式、縦隔壁は通常縦フレーム式となる。

貨物タンク領域の外側の船体構造は、横方向にフレーム化することも、縦方向にフレーム化することもできます。

石油タンカーの二重船殻横断面構造は、1枚のデッキプレート、2番目のデッキ縦フレーム、3番目の外殻プレート、4番目の内殻プレート、5番目の側縦フレーム、6番目の内殻プレート縦フレーム、7番目が有孔プラットフォーム、8番目がプラットフォーム縦フレーム、9番目がホッパータンク、10番目が外底板、11番目がホッパータンクで構成されています。内底板、第１２は内底縦板、第１３は底縦板、第１４は箱形底桁、第１５は側底桁、第１６は溝付き縦隔壁、第１７は底台、第１８は上台 （５）ＲＯＲＯ船の構造的特徴

RORO 船は、車両および関連貨物を運ぶために特別に設計された船です。これらの貨物には、積み降ろしの手段として車両を使用するコンテナやパレット化された貨物が含まれます。その構造レイアウトは通常の貨物船とは大きく異なります。

ロロ船と呼ばれる特殊な構造をした船があります。船首にピークキャビン、船尾にピークキャビンを備えています。機関室は船尾の両側に近い位置にあります。その高さは非常に低く、ほとんど閉じられているほど低いです。

船体の中央には大規模な貨物倉庫がある。車両は、後部の着陸踏み板を利用して、テールゲートを介して荷物を積み降ろすことができます。一部の船には、船首に踏み台と船首ドアが装備されています。船首扉はフードタイプとサイドヒンジタイプがあります。また、側扉を設置して積み下ろし作業を行う場合もあります。

上甲板には貨物ハッチはありません。

船体には複数の甲板があり、甲板間には横方向の仕切りがないか、可能な限り少なくなっています。

船体の横方向の強度を確保するために、部分的な隔壁や強固なリブと強固な梁が設けられています。

下甲板下には左右にサイドキャビンがあります。

丈夫なデッキと底部は一般に縦フレーム構造を採用し、底部は二重底構造となっています。

昇降プラットフォームは、上部にプラットフォームプレート、下部に強力な梁、そしてガーダーやスティフナーなどのフレームを備えた構造として設計されています。箱型の構造物です。