結構吃水

結構吃水用來計算結構強度，即用於結構設計，是結構所能承受的最大吃水，也是船在任何裝載狀態下的吃水都不允許超過結構吃水。

結構吃水概念始於1980年左右，最初僅比設計吃水大200~300 mm，是船廠從建造角度選取，作為設計裕量以保證載重量要求，與所裝貨物性質無關。後來船東從經濟角度出發，為多裝貨少交費，將這一概念加以發揮，使結構吃水大大增加。

船舶之所以設立設計吃水和結構吃水，是因為船舶設計的時候需要進行兩大塊的計算，分別是穩性計算和結構計算，前者保障船舶運營過程中的穩性安全，後者保障船舶運營過程中的結構安全。

基本介紹

• 中文名：結構吃水
• 外文名：Scantling Draft
• 作用：用來計算結構強度
• 特點：結構吃水比設計吃水大
• 概念：結構所能承受的最大吃水
• 領域：船舶、航海

作用及意義

船舶的吃水分為設計吃水（Designed Draft）和結構吃水（Scantling Draft），結構吃水比設計吃水大。

船舶施工圖

常見的船舶施工圖（完工圖）中會給出夏季吃水，夏季吃水是交船時通過測量確定的，這時有兩種情況。
1.如果夏季吃水高於結構吃水，那個就把夏季吃水下移到結構吃水，所以相等。
2.如果夏季吃水低於結構吃水，那么就保持不變。

從設計角度講，之所以設定設計吃水和結構吃水，是因為船舶設計時需進行兩方面計算：穩性計算和結構計算。

穩性計算時在設計吃水下考核航速、核算穩性。但船舶在艙內裝載重物時，重心低，即使裝載超過設計吃水，穩性上也是安全的，於是有了新說法——重載。問題是，重載時穩性沒問題，但按設計吃水核算的結構可能是不安全的。於是在船舶最初設計時就定義結構吃水，按結構吃水進行結構校核，從而保證了重載時的結構安全。

另外，設定結構吃水還為以後船舶改裝留下餘地，畢竟設備可隨時更換，結構則要伴隨一生。所以散貨船、乾貨船和工程船等都設有設計吃水和結構吃水。

在追求綠色、節能、環保的背景下，原先作為設計裕量用來保證載重量的結構吃水，重新進入船東視野。在近兩年的契約談判中，船東通常要求論證增加結構吃水的可行性。

總體設計

乾舷計算

無論是設計吃水還是結構吃水，均不能超過夏季吃水，所以首先要根據載重線公約（ICLL）計算最小夏季乾舷。

最大夏季吃水根據最小乾舷直接推算，不留裕量。這就要求船廠在建造中要密切關注建造型深，尤其是載重線標誌位置，以免小於理論型深，造成核准的夏季吃水小於要求的結構吃水，不能滿足契約約定。

破艙穩性

根據乾舷求得的夏季吃水只是初步值，還需進一步進行破艙穩性計算，以確定最小乾舷高度。

1. 折減乾舷船舶確定性破艙穩性計算

對船長大於100m的折減乾舷船舶，要滿足ICLL公約第27條法規關於確定性破艙要求，其中B-60乾舷船要求單艙破損不沉，B-100乾舷船要校核兩鄰艙破損，還可能要校核機艙單獨破損。

因結構吃水增加，儲備浮力降低，故折減乾舷船舶確定性破艙穩性一般比較危險，可能所需最小乾舷較大。此時有兩項解決方案：

（1）增加分艙，主要是貨艙區艏部壓載艙，但代價較高，尤其是已處於建造階段；

（2）增加開孔（通風口、透氣管等）高度，代價較低，但一般交船時才能收到完工退審，工期緊、返工量大，所以船廠對臨界開孔要提前考慮。

2. 非折減乾舷船舶機率破艙穩性計算

對於非折減乾舷船舶，只需滿足海上人命安全公約（SOLAS）第2章第1條，PartB-1機率破艙穩性，要求相對較低，只要初始設計達到的分艙指數A有一定裕度，一般都能滿足要求。

完整穩性

經乾舷和破艙穩性核算後的吃水，完整穩性一般沒問題，此處校核目的是為結構設計作準備。

1. 滿載工況浮態

增加結構吃水後，額外的載重量用於載貨，即貨艙區重量會增加，船艏勢必下沉。主流設計的船舶，均是緊湊型機艙布置，滿載出港、中途一般都是艉傾，船艏下沉對減小縱傾、浮態調平有好處，所以這些工況沒問題。但因為這些船舶消耗性液艙大部分均位於機艙，滿載到港可能會出現不理想艏傾工況，這要重點關注。

2. 總縱強度包絡線

總縱強度設計包絡線在包絡所有裝載工況前提下，船級社一般要求彎矩留5%裕量，剪力留10%裕量，以覆蓋完工狀態與設計狀態的誤差。增加結構吃水最恰當的時機，是在船級社完成所有審圖，對船舶各部分裕量了如指掌時進行，此時船舶已經開工，對各項設計指標已有確切把握，所以船級社一般會同意個別工況吃掉上述裕量。滿足CSR-BC的散貨船，需要滿足SOLAS公約第12章關於散貨船的附加措施，單個貨艙破損工況往往是總縱強度的臨界狀態。

3. 貨物載重量曲線

增加結構吃水後，為兼顧浮態和總縱強度，各艙裝載量需調整，會引起貨物載重量曲線變化，從而影響局部強度，如需增加或加大雙層底和邊艙結構扶強材。另一方面，吃水增加引起靜水壓力增大，外底板以及雙層底肋板和縱桁上挺筋會受影響。

增加結構吃水後，完整穩性有所改善，需關注的只是滿載到港工況浮態，而最重要的是通過調整貨物配載，將實際總縱彎矩和剪力控制在設計包絡線內，並儘量保持貨物載重量曲線不變，從而將增加結構吃水對結構的影響降至最小。

增加的影響

1. 對結構的影響

增加結構吃水，對結構的影響有：

（1）吃水增加後，艏部衝擊加強垂向範圍相應提高，可能會影響此處外板厚度；

航行燈

（2）吃水增加後，可能使水線附近一列外板變成乾濕交替區，腐蝕餘量增加0.5 mm，尤其是滿足CSR 的船舶要特別注意。

2. 對航行安全的影響

為保證航行安全，規範對航行燈布置有明確要求，尤其前後桅燈要在1 000 m 外分辨出來，增加結構吃水和減小縱傾均對航行燈布置有利。另外，基於同樣原因，也使駕駛視線得以改善。

3. 對艉軸密封的影響

增加結構吃水，使艉軸密封和舵桿密封所受的水壓力會變大，但一般影響甚微，可忽略不計。

選取標準

有增加吃水需求，為何設計時不直接加大結構吃水，這是困惑很久的問題，有如下標準解釋：

乾舷

（1）受港口水深限制，結構吃水不宜過大，並非船東都有增加吃水的需求；

（2）設計時直接增加結構吃水，一般仍會留足設計裕量；

（3）船東比較航速時，較大吃水對競標不利。

論證增加結構吃水時，首先要校核乾舷和破艙穩性，確定穩性上可行；然後校核完整穩性，為結構設計提供依據；最後進行結構規範校核和有限元分析。另外，還要考慮其他因素，如冰帶加強、艏部抨擊、航行燈布置以及艉軸/ 舵桿密封。

在乾舷滿足的前提下，結構吃水增加200 mm，基本不影響穩性和強度，空船質量變化很小，但載重量收益很大，EEDI 指數也會提高。