船舶上层建筑的整体吊装及有限元应用

船舶上层建筑完整性设计建造工艺发布时间：2023-02-02T02:06:11.315Z 来源：《中国科技信息》2022年9月第18期作者：倪发[导读] 上层建筑是船舶上层连续甲板/干舷甲板以上部分的结构倪发江南造船(集团）有限责任公司摘要：上层建筑是船舶上层连续甲板/干舷甲板以上部分的结构，且由一舷伸至另一舷的或其侧壁板离舷侧外板向内部不大于4%船宽的围蔽建筑。

船舶上层建筑有着不同的长度、形式、层数和设置，主要取决于船舶的类型、主尺度，并与总体舱室布置、生活居住条件及航海性能密切相关。

上层建筑的完整性吊装对缩短造船周期、降低造船成本、改善施工作业环境，具有显著的成效，是现代造船模式以中间产品为导向、按区域组织生产的重要体现，是国内规模船厂重要的工艺之一，从一定程度上标志着船厂的整体造船技术水平。

基于此，本文章对船舶上层建筑完整性设计建造工艺进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：船舶；上层建筑；完整性；设计；建造工艺引言上层建筑结构由薄的HV AC板组成，板厚5 ~ 8mm，加固程度较低，结构相对于主壳较薄，上层建筑中管道、电气、棒材、供暖、通风、空调等专业附件的焊接负荷较大，易于提供整体质量管理在上层建筑中的应用尤为重要。

通过全面质量管理，上层建筑的质量是可控的，生产周期是可控的，成本是可控的，客户满意度得到提高，市场和行业声誉得到提高。

一、问题的提出船舶上层是船员的生活和居住的地方。

所以上层建筑的外观设计、建造质量和船员的生活质量息息相关。

近几年，国际海事组织（IMO）关注着船员在船上的生活质量，所以对其居民区的建设质量越来越严格。

上建结构施工按施工顺序可分为船体施工、背景工程和室内工程。

船体施工为上部结构钢板和结构钢筋；背景工程是不易在表面显现出的部分，比如管道、电缆、保温材料、窗户等，这些都属于隐藏型或者是不易被发现且又不可或缺的建筑部分；室内工程是房间内天花板、地板材料和家具的建造等。

超大型油轮上建整体吊装工艺作者：张玛高丽龚永林来源：《广东造船》2013年第05期摘要：本文以广州龙穴造船有限公司在建的32万载重吨VLCC为例，介绍超大型油轮上层建筑整体吊装工艺。

关键词：超大型油轮上层建筑；整体吊装工艺VLCC Superstructure Complete Assembly Lifting TechnicZhang Ma， Gao Li， Gong Yonglin（ CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding Co.，Ltd. Guangzhou 511462 ）Abstract： In this paper， taking Guangzhou Longxue Shipbuilding Co. Ltd. in 320000 DWT VLCC as the object， introduces the VLCC superstructure complete assembly lifting technic.Key words： Superstructure of VLCC； Lifting technic1 前言VLCC船作为远洋石油运输的战略性运输工具，是国家进口原油运输不可或缺的“助手”。

随着船舶主尺度的增加，VLCC的上层建筑尺寸和重量随之增大，其内部布置复杂程度亦随着增加。

上层建筑整体吊装，对缩短造船周期、降低劳动成本和提高生产效率具有十分重要的意义。

由于VLCC的上层建筑具有尺寸大、重量大和刚性弱的特点，因此有必要探讨上层建筑整体吊装工艺，保障整体吊装顺利进行。

本文以广州中船龙穴造船有限公司建造的32万吨VLCC原油轮为例，介绍超大型油轮上层建筑整体吊装工艺。

2 上层建筑概况上层建筑整体长17.1m（Fr34～Fr53）、宽60m（包括翼桥）、高22.15m，共有七层。

自上而下分别为：罗经甲板及其下围壁、驾驶甲板及其下围壁（包括翼桥及其支撑）、E甲板及其下围壁、D甲板及其下围壁、C甲板及其下围壁、B甲板及其下围壁、A甲板及其下围壁，如图1所示。

沿海常规客船铝合金上建的有限元计算方法◎ 郭雷 武汉理工船舶股份有限公司摘 要：铝合金材料以良好的物理性能，在船舶领域已有广泛的应用，采用有限元计算方法可以减小铝合金构件尺寸，减轻重量，节约成本。

本文主要研究和探讨了沿海常规客船铝合金上建结构有限元计算方法的应用和发展。

关键词：沿海常规客船；铝合金上建结构；有限元计算方法和衡准1.前言铝合金具有较好的物理力学性能，易加工、强度高、重量轻、耐腐蚀性好、使用寿命长，同时绿色环保，可回收。

但是铝合金相对于钢材而言价格偏高，结合铝合金上述特点，对于追求经济性的商业客船来说，大多是上层建筑采用铝合金结构。

鉴于铝合金材料的高昂成本，从经济性角度考虑，希望能够在满足结构强度的前提下，尽量减少材料用量。

有限元仿真计算技术的成熟，使得结构轻量化设计有了技术支撑；同时船舶相关规范也在逐步完善，增加了有限元局部强度计算的方法和衡准，为设计人员提供了具体的依据和标准。

其中《海上高速船入级与建造规范》和《内河高速船入级与建造规范》最早对铝合金的有限元强度计算做了明确的规定，这为铝合金在高速船上的应用指明了方向，也加快了钢铝混合及全铝合金高速船的发展。

但相关规范一直没有明确沿海常规船舶的铝合金有限元计算方法。

2.沿海常规客船铝合金上建采用有限元计算的必要性沿海常规客船的用途一般都是交通运输或旅游观光，船东为了追求经济效益最大化，都会要求最大限度地增加出航时间。

因此船东在做设计任务时都提出最大的抗风等级需求（8级或9级），根据相关抗风等级核定办法，要达到8级或9级的抗风等级，沿海航区船舶的稳性需满足远海航区的稳性衡准要求，这就需要大幅提高船舶的稳性性能。

采用有限元仿真计算的方法确定沿海常规客船的铝合金上层建筑即可保证其强度、安全性，又能减小构件尺寸，减轻上层建筑重量，降低成本，降低整船的重心高度，提高船舶稳性性能。

3.沿海常规客船铝合金上建有限元计算方法的探索3.1材料及使用范围船舶设计及建造中应用校多的铝质材料是5083H321、5083H116普通铝板、6082T6系列的带筋板、带筋扣板及6082系列的型材（包括球扁铝、T型材、槽型材、方管等）。

FPSO上层居住模块整体吊装强度计算研究周庆;龚伟兵;向小斌;徐辉【摘要】大型船舶上层建筑整体吊装是船舶建造中的一项先进工艺,但如何保证吊装工艺的安全性仍是一项技术难题.以某FPSO(浮式生产储油卸油装置)上层居住模块为例进行研究,采用有限元方法和结构强度相关理论,结合DNV规范对FPSO上层居住模块整体吊装强度进行分析.计算结果显示,吊装时高应力一般发生在吊点附近区域的强支撑构件上.该方法为吊装方案的可行性提供了依据,实际吊装过程验证了计算的准确性.【期刊名称】《江苏船舶》【年(卷),期】2016(033)002【总页数】4页(P8-11)【关键词】油船;上层建筑;整体吊装;强度计算;有限元法【作者】周庆;龚伟兵;向小斌;徐辉【作者单位】中远船务工程集团有限公司,辽宁大连116600;上海中远船务工程有限公司,上海200231;上海中远船务工程有限公司,上海200231;上海中远船务工程有限公司,上海200231【正文语种】中文【中图分类】U661.43船舶与海洋工程上层居住模块整体吊装是船舶建造中的一项先进技术，可有效缩短船台建造周期，降低造船成本，提高劳动生产效率。

随着预舾装程度的提高，上层居住模块甚至变成独立的海工产品，异地制造再运输组装。

但船舶大型化以及预舾装水平的提高使上层建筑整体分段的尺寸、重量越来越大，有时接近甚至超过千吨，而结构刚性则相对减小，这使得上层居住模块的整体吊装变得更加困难。

另外，即使结构强度满足吊装要求，吊装过程的局部变形也可能导致内舾装、管装、电装和重要设备的破坏，拖延交货时间，造成船厂重大经济和信誉损失。

为保证模块整体吊装作业安全，吊装方案的设计尤为重要，而设计合理的吊装方案关键在于上层建筑整体吊装强度分析的可靠性。

对于复杂的工程结构，包括船舶结构在内，使用经典的结构力学方法、弹性力学方法、板壳理论等只能进行一定的简化计算，更加精确的计算一般都是采用通用的、行之有效的有限单元法。

集装箱船上层建筑论文整体吊装强度论文【摘要】现如今，整体集装箱的上层建筑吊装方式有很多，具体因上层建筑的整体受力与起重机的位置、吊装高度等多种因素相关，只有在吊装前做好上层建筑的的受力分析与计算，选定合理有效的受力分配结构、吊装高度以及正确的吊点，才能保证船舶上层建筑整体吊装的安全性与稳定性。

近年来，船舶上层建筑的整体吊装工艺逐步被人们认可和接受，且被众多的船厂应用于现实生产中。

船舶上层建筑结构复杂，体积较大，分量较重，而且各项设备和仪器都已经安装完毕，所以整体吊装时候的安全性必须要严格考虑，同时选择良好的吊装工艺。

本文以特有的9400TEU集装箱船整体吊装为例进行研究。

1 上层建筑整体吊装简介9400TEU集装箱船的上层建筑共八层，分为15个分段，其体积大致为9m*48.2m*37.23m，如图所示。

集装箱船的上层建筑主要包括结构及舾装，其机构主要指的就是自身的船体，当然还要包括相关的焊材等等；舾装根据专业进行划分，主要包括管系、冷空通、电装、甲装、内装，此外还有涂装重量等等。

2 集装箱船上层建筑整体吊装时结构强度需要注意的问题集装箱船上层建筑整体具有独特的线形、开口结构，整体吊装时由于是两台600T龙门吊联合吊装，与以前的分开式吊装有一些不同。

因此，它的结构强度和吊装安全受力分析是非常值得我们关注的重要问题。

首先我们需要注意的是船舶上层建筑整体的载荷分布情况，重点关注上层建筑质量和甲板分段敷料，内舾装件，外甲板舾装件的重量。

其次，选取合适的整体吊装时的吊点、设计选择适宜的起吊高度；再者，要加强槽钢的承重能力，增加槽钢结构内力的传输渠道。

最后，充分考虑集装箱吊装时的重量优化因素，对结构薄弱处进行加强。

3 集装箱船上层建筑整体吊装时吊点的选择、优化与加强该集装箱船上层建筑的重量分布大致左右对称，其重心也在船体的中心线上，所以在初次尝试吊装时我们将吊点选定在船体左右两舷的外围壁处且两边对称，在左右两舷各选择8各吊点，结果在起吊时上层建筑的外围发生变形、脱节且整个上层建筑发生整体倾斜。

50卷第3期（总第187期）中国造船Vol.50 No.3 (Serial No. 187) 2009年9月 SHIPBUILDING OF CHINA Sep. 2009文章编号：1000-4882 (2009) 03-0049-08船舶上层建筑整体振动有限元建模方法研究殷玉梅，赵德有(大连理工大学船舶工程学院，辽宁大连 116085)摘要对船舶上层建筑整体振动有限元建模方法进行研究，讨论了不同计算模型、边界条件、附加水质量以及装载情况对上层建筑整体振动固有频率的影响。

通过对76 000t油轮、110 000t油轮、8 000TEU级超大型集装箱船、174 000t散货船、30 000t散货船和11 800t散货船六条船的计算，对上层建筑整体振动有限元建模问题得到了一些有益的结论。

关键词：船舶、舰船工程；上层建筑；固有频率；计算模型；振动分析中图分类号：U661.44文献标识码：A0 引言船舶上层建筑是船员休息和工作的地方，也是精密仪器安装较多的场所。

该区域出现严重的振动将直接影响船员的生活和工作以及仪器设备的正常使用，因此上层建筑的振动问题一直受到国内外学者的重视[1~7]。

在现代化船舶布置形式中，机舱和上层建筑布置在艉部的形式日益增多，使上层建筑接近船上两个主要振源—螺旋桨和主机。

另一方面，为了改善驾驶视线的需要，又要适应船员人数减少的情况，往往将上层建筑设计得更高、更短；为了降低噪声，一般采用上层建筑和机舱棚、烟囱结构分离的型式。

这样使上层建筑本身的整体刚度有所减弱，导致上层建筑整体纵向振动固有频率降低，易与螺旋桨叶频和主机高阶纵向激励频率相遇而产生共振。

目前国内外建造的船舶，上层建筑经常发生有害振动，解决这类振动问题的关键是在船舶设计阶段较准确地预报上层建筑整体振动固有频率。

上层建筑整体振动是指上层建筑整体纵向振动、横向振动和扭转振动。

其中上层建筑整体纵向振动是最常见的也是人们最关心的。

53000DWT散货船上层建筑整体吊装工艺设计来源:船舶工程 2009 作者:袁红莉，蔡振雄，陈章兰发表时间:2010-07-16 17:48:52摘要:介绍了53000DWT散货船上层建筑整体吊装工艺设计.在技术上，通过对上层建筑整体吊装过程中结构的静力有限元分析，由分析结果找到受力薄弱环节，对薄弱环节提出加强方案，并对加强后的上层建筑结构再次有限元分析校核强度，将加强后的上层建筑整体吊装.生产实践表明，上层建筑整体吊装工艺设计相当成功，对后续船舶上层建筑整体吊装和其它船舶实施上层建筑整体吊装具有较强的指导和借鉴意义.0前言近年来，我国船舶建造设施、能力、规模得到大幅改善，技术水平也大幅提高[1].要高质量、高效率按期完成新船建造任务，缩短造船周期，必须依靠新工艺、新技术.而上层建筑整体吊装技术的运用，则可以大大缩短造船周期，降低造船成本.通常上层建筑由五至六层甲板及内外围壁构成，每一层甲板及其下围壁组成一个或二个分段，再加上烟囱等分段，共计有9~12个分段.传统造船是以分段建造为主，将各个分段分别吊装上船台大合拢.船台周期较长，同时船尾所在的船台局部承压大，船舶下水后再进行舾装、内装.上层建筑中包含较多的舾装、管装和电装件，生活设施多、居住舱室内装修时间长，码头舾装时间长. 上层建筑整体吊装是将船体主甲板以上的上层建筑部分作为一个区域，先行在陆地上(搭载平台)进行分段合拢，形成一个大的总体区域，同时进行预舾装(设备进舱、管道和电缆铺设、内装和涂装等)作业，待上层建筑区域舾装结束后，进行水上吊装与主船体合拢，实现缩短船台周期，特别是码头舾装周期，从而缩短造船总周期.一般来说，上层建筑整体吊装可以缩短造船周期1个多月的时间，大大提高了劳动生产率，降低造船成本[2].因此对上层建筑实施整体吊装水上合拢，对提高船台效率和缩短码头周期以及改善作业条件具有重要意义.要实行上层建筑整体吊装，必须考虑以下几个方面因素:上层建筑外形尺寸、重量重心位置;结构强度、刚度;工厂设备的吊运能力;快速定位装置;安全可靠性等[3].根据现有浮吊的起重能力和上层建筑整体重量、重心进行分析，对上层建筑实现整体吊装并成功进行水上合拢.1上层建筑基本情况1.1上层建筑整体吊装范围53 000 DWT散货船上层建筑共有七层甲板，自下而上分别是第一居住甲板、第二居住甲板、第三居住甲板、第四居住甲板、第五居住甲板、第六居住甲板(驾驶甲板)和罗经甲板.此次吊装范围包括以上七层结构和烟囱.整个上层建筑长约16.0 m(FR14~FR34)，宽约32.3 m，高约20.0 m.上层建筑主体尺寸如图1所示1.2上层建筑整体吊装重量重心上层建筑整体吊装重量，包括船体钢料、舾装(船机电)、内装、吊耳及局部加强结构、索具等重量，总计670t.重心位置:FR26-308，距前围壁6.704m.2上层建筑整体吊装技术方案53 000 DWT散货船上层建筑整体吊装总重量约为670 t，整体吊装选用1 000 t浮吊，吊高75.1 m，扑幅26.1 m，采取侧吊方式，大致估算具备上层建筑整体吊装的硬件能力.实施整体吊装方案所涉及的技术问题重点在于上层建筑结构强度校核、吊耳设计、布置、吊耳所在位置局部结构加强、索具选取及吊装方案设计等方面.FR34侧视图2.1吊耳设计吊耳的设计需要计算起吊物件重心位置，确定吊耳位置.根据起吊物的重量，确定吊耳的结构及强度.上层建筑整体吊装的总重量、重心可根据整吊范围逐项累计算出，由此确定吊耳位置及结构型式和局部加强措施.吊耳设计与布置如图2所示.2.1.1吊耳位置吊耳为保证起吊过程中上层建筑整体受力平衡，根据浮吊情况，并确保吊耳受力能在上层建筑结构中由主要围壁板、纵桁及横隔板传递，防止薄弱部位变形，吊耳布置在驾驶甲板两侧、距舯12000外围壁板正上方，共设4个吊耳组，其下有纵桁及横隔板、肘板加强，左右舷对称布置，吊点位置为FR21(艉吊耳)、FR32(艏吊耳)处，保证吊钩受力与重量重心在同一直线上.吊耳布置见图2中左侧图示.2.1.2吊耳结构吊耳结构根据起吊受力情况进行设计，吊耳板厚22 mm，内外各加一块复板(厚16 mm)加强，每个吊耳组有4个吊孔.艏、艉吊耳的结构分别见图2中艏吊耳图和艉吊耳图所示.2.1.3吊耳强度计算起吊时，吊耳承受拉力，而吊耳与上层建筑间由焊缝传递力，吊耳受力最恶劣部位在吊钩位置与焊缝位置.吊钩位置受拉伸和挤压，设计中以抗拉伸应力进行计算，而以挤压应力作为校核，由此计算出吊钩处板厚. 吊耳受力经焊缝传递给上层建筑结构，焊缝处受拉伸应力，由吊耳受力计算板的厚度，根据板厚可得焊脚高度.再根据焊缝的抗拉强度计算焊缝长度，布置焊缝.2.2上层建筑结构强度校核上层建筑整体结构强度校核是整体吊装时最核心也是最复杂的部分，由于安装吊耳的部位承受整个上层建筑总体重量，如果该部位强度不够，则会产生局部屈服，导致塑性变形，严重情况下会出现撕裂;同时，对上层建筑整体而言，吊耳部位拉力向上，而上层建筑重力方向向下，使结构产生附加弯矩，弯矩超过结构所能承受的负荷时，结构会产生弯曲变形，严重时，弯矩产生的塑性变形无法恢复;此外，结构的弯曲变形会造成内部部分相对薄弱部位产生破坏等.因此，吊装时对上层建筑结构的强度校核关键在于加强吊耳部位强度，以防撕裂和控制结构变形两个方面. 上层建筑吊装过程主要考虑受静力作用，为简化计算过程，忽略门洞等影响，将各下层甲板、内部舱壁等视为隔板，且以最不利载荷状况计算，有利于吊装过程的安全设计.其中，吊耳部位承受集中载荷，可直接进行静力受力分析计算，然后据此进行吊耳部位结构强度设计及焊缝长度设计.而对上层建筑其它部位在吊装过程中受力变形情况较复杂，将上层建筑建立简化的有限元模型，采用PLAN42进行网格划分，将结构重量转化为均布载荷加载于箱形结构上，然后进行有限元静力求解.为清楚显示图形，截取吊耳所在甲板(第六甲板)的变形情况，如图3所示，可以看出，由于吊耳位置向上受力产生的垂直向上的变形与由重力作用向下方向的变形。

116.6上甲板上主要上层建筑的布置第六章船舶总布置设计6.6 上甲板上主要上层建筑的布置本节课的主要内容有两个一是，上层建筑的主要形式二是，上层建筑布置的一般原则一般来讲，上层建筑是指上甲板以上各种围蔽建筑物的统称。

上层建筑可以用来设置各种用途的舱室，例如生活舱室、工作舱室、储藏室和机电设备舱室等。

在总布置设计中，对上层建筑的区划与布置是指对其形式、尺度、层数、外部造型及内部各舱室的划分和布置等多方面的工作。

首楼一、上层建筑的主要形式船楼是指在上甲板上伸至两舷或距舷边的距离小于4%船宽的上层建筑。

依其在长度方向上位置的不同，船楼又可分为首楼、尾楼及桥楼。

桥楼常见于老式货船，现代货船已不多见。

6.6 上甲板上主要上层建筑的布置上层建筑主要有船楼和甲板室两种。

因船楼与主体有同样宽度，其优点是增加了内部容积和有利于舱室布置。

如果船楼的结构强度和封闭条件符合载重线公约关于封闭上层建筑的条件时，船楼作为储备浮力对稳性有一定的贡献，从而有助于提高船的安全性。

尾楼桥楼6.6 上甲板上主要上层建筑的布置一、上层建筑的主要形式甲板室是指侧壁从船两舷向内缩进，船侧留有外走道的上层建筑，多为现代大型船舶所采用。

外走道的设置，方便于人员在甲板上的首尾通行、上下船方便，还有利于乘客在外走道观赏风光。

甲板室甲板室甲板室6.6 上甲板上主要上层建筑的布置二、上层建筑布置的一般原则船舶上层建筑的布置，应根据船的使用要求和特点来确定。

下面就设计时的一般原则作简单说明。

某邮轮某半潜船某散货船二、上层建筑布置的一般原则首楼的设置主要是考虑船迎浪或斜迎浪航行时减少甲板上浪。

甲板上浪严重将威胁到甲板上船员、设备和甲板开口封闭装置等的安全。

因此，载重线法规对船首的最小高度有明确的规定。

6.6 上甲板上主要上层建筑的布置首楼甲板的尺度还应满足锚泊和系泊设备及其它设备布置地位的需要。

1. 首楼的布置2. 中尾部上层建筑的布置3. 机舱棚的布置4. 层数与层高5. 舱室划分6. 外观造型23160751875200 2.080.609 1.6030.0129100100100b b wf L L L L h C C d =−+×+−− bh 为船L 为船b C 为方wf C 为前1d 为最二、上层建筑布置的一般原则6.6 上甲板上主要上层建筑的布置首楼有长首楼和短首楼之别，一般运输货船通常设置短首楼。