Глава 12. Надстройки, рубки, ограждения § 48. Надстройки

Определение и назначение надстроек. В общем случае к надстройкам относят все замкнутые надпалубные сооружения, предназначенные для размещения различных помещений (служебных, жилых, пищевых, медицинских, общественных и др.). Собственно надстройкой называют надпалубное одно- или многоярусное, закрытое палубой сооружение, ширина которого в каждом сечении равна ширине корпуса в данном месте. К надстройкам относят и те сооружения, боковые стенки которых отстоят от ближайшего из бортов на расстоянии не более 0,04 ширины корпуса судна.

По длине судна надстройки могут простираться либо на части, либо на всей длине (так называемая сплошная надстройка). Современные суда обычно имеют раздельные по длине надстройки. Носовую надстройку называют баковой, или просто баком, кормовую — ютовой, или ютом, а расположенную в средней части по длине судна — средней. Среднюю надстройку в зависимости от ее длины, а следовательно, от степени участия в общем изгибе корпуса судна считают короткой или длинной.

Короткая надстройка имеет длину (в м) не более

(12.1)

где В₁ — ширина палубы надстройки за вычетом ширины большого выреза, если он имеется (например, машинной шахты), м; h — высота первого яруса надстройки, м; W_ф и W_d — фактический и допускаемый (при  = 1) моменты сопротивления эквивалентного бруса на уровне расчетной палубы. Средняя надстройка, не являющаяся короткой, считается длинной, участвующей в той или иной степени в общем изгибе вместе с основным корпусом судна, а ее палуба — расчетной. Каждый концевой участок надстройки принимают равным l_к = 0,5l₁ где l₁ определяется по формуле (12.1).

По концам надстройки ограждены переборками, или поперечными стенками. Передние переборки средней и кормовой надстроек называются носовыми, или фронтальными. Они испытывают удары волн в штормовую погоду и поэтому должны быть достаточно прочными. Фронтальные переборки могут быть плоскими, цилиндрическими или полуобтекаемой формы выпуклостью в нос судна. Задние концевые переборки надстроек называют кормовыми. В последние годы наметилась тенденция упрощения внешних очертаний надстроек и рубок с целью рационального использования их объемов и повышения технологичности конструкции.

В зависимости от назначения и архитектурно-конструктивного типа судна количество надстроек на судне и их протяженность могут быть различными. Все суда, за редким исключением, имеют носовую надстройку, длина которой принимается не менее 0,07L. При длине более 0,25—0,30L бак называют удлиненным. Развитую (многоярусную) надстройку устанавливают, как правило, над МКО. Внутри надстройки над МКО расположены машинная шахта, завершающаяся световым люком, дымоход, заключенный в верхней части в трубу, а также служебные помещения.

Для большей утилизации грузовых помещений и повышения эффективности грузовых работ МКО на многих современных судах сдвинуто в корму или в промежуточное (на 3/4L) положение. Иногда, например на лихтеровозе «Алексей Косыгин», развитая надстройка смещена в нос судна, хотя МКО предусмотрено в корме.

Кроме образования необходимых на судне помещений и создания условий по управлению судном, надстройки в закрытом состоянии обеспечивают дополнительный запас плавучести, учитываемый при определении высоты надводного борта, а носовая надстройка за счет развала бортов улучшает всхожесть судна на волну.

Требования к конструктивным элементам надстроек. Нагрузка на надстройки определяется массой конструкций расположенных выше ярусов, массой рубок и размещенного в них или на них оборудования, приборов, устройств и пр. Все надстройки, как и сам корпус, подвергаются вибрации, обусловленной сле-мингом, работой механизмов, гребных валов. Длинные средние надстройки и рубки, прочно соединенные с корпусом, вовлекаются в общий изгиб судна и нагружаются соответствующими напряжениями в продольных связях.

Требования к размерам конструктивных элементов надстроек зависят от района их расположения по длине судна и от протяженности. Толщину бортовой обшивки и стального настила палуб бака, короткой средней надстройки и юта определяют (в мм) по формуле

(12.2)

где т = 0,040  0,045 и п = 4,0 для бортовой обшивки; т = 0,03 и п = 3,5 для настила палубы;  = 1,0 при d/D  0,8 и  = d/D + 0,2 при 0,65  d/D < 0,8. Полученные по формуле (12.2) значения толщины не изменяют по длине указанных надстроек.

Толщину настила палубы и обшивки борта длинной средней надстройки определяют дифференцированно с учетом изменения эффективности ее поперечных сечений по длине. Ввиду постепенного вовлечения в общий изгиб длинные средние надстройки имеют в своей средней части большую, чем в концевых участках, толщину листов настила палубы и бортовой обшивки. Исключением является нижний пояс бортовой обшивки шириной не менее h/2 и толщиной на концевых участках не менее чем в средней части.

Если относительная длина надстройки c = l₁/(0,5B₁ + h)  4,5, то в средней ее части толщину бортовой обшивки определяют по формуле (7.7), а толщину настила палубы полагают в этом случае расчетной и находят из условия обеспечения общей прочности судна. Настил палубы длинной средней надстройки проверяют на устойчивость и толщину его принимают не менее минимально допустимой.

Рис. 12.1. Подкрепление корпуса судна в районе окончания надстроек (d0 = 0,5h).

Толщину настила палубы и обшивку борта концевых участков длинной надстройки вычисляют по формуле (12.2). Толщина настила ВП судна в пределах длинной надстройки может постепенно уменьшаться от ее концов к середине по сравнению с толщиной ВП судна без длинной надстройки.

По концам надстроек ввиду резкого изменения поперечного сечения появляется концентрация напряжений, которая вызывает трещины в продольных связях корпуса вследствие усталости материала в условиях знакопеременной нагрузки при общем изгибе судна. Для уменьшения концентрации норма-льных напряжений необходимо исключить резкие обрывы надстройки. С этой целью поясья боковых стенок по концам надстройки выпускают за ее пределы и плавно по кривой сводят на нет. Нижний пояс бортовой обшивки протягивают по ширстреку на длину (в м)

В этой формуле обозначения те же, что и в формуле (12.1). Свободную кромку выпущенных бортовых поясьев надстройки обрезают по окружности радиусом R  1,5h или по дуге эллипса (второй способ предпочтителен). Подкрепляющая свободную кромку полоса отстоит от нее на 50 мм и обрывается по концам «на ус».

Нижний пояс бортовой обшивки надстройки в районе ее окончания, а также ширстрек и палубный стрингер корпуса судна утолщают на длине, показанной штриховкой на рис. 12.1. Утолщение указанных листов может составлять 30—35%. Выступающие за концы средней надстройки поясья бортовой обшивки подкрепляют в плоскости каждого шпангоута стойками. Эти поясья соединяют с фальшбортом подвижно. Аналогично подкрепляют корпус судна по концам удлиненных носовой и кормовой надстроек.

Размеры балок бортового и палубного набора бака, юта и средних надстроек определяются требованиями местной прочности аналогично размерам соответствующих балок верхнего твиндека основного корпуса. Продольные палубные балки дополнительно проверяют по моменту инерции их поперечного сечения из условия устойчивости.

Расчетное давление (в кПа) на концевые переборки надстроек и рубок от вкатывающейся на палубу воды

(12.3)

где п, с₂, b — коэффициенты по Правилам Регистра СССР в зависимости от длины и ширины судна, яруса надстройки, положения переборки (носовая или кормовая); z₀ = f(L); z₁ — вертикальное расстояние от летней ГВЛ до

Рис. 12.2. Подкрепление балок набора верхней палубы (а, б) и надстроек (в) в местах окончания соответственно надстроек и рубок. 1 — носовая переборка надстройки; 2 — карлингс; 3 — кница; 4 — полупереборка в ДП; 5 —боковая стенка рубки.

середины ширины рассматриваемого листа или середины пролета стойки переборки, м. В любом случае на судах длиной от 50 до 250 м расчетное давление (в кПа) принимается не менее р_тiт = 25 + 0,1L для незащищенной носовой переборки первого яруса и не менее 0,5p_min для всех остальных концевых переборок.

Толщину листов обшивки концевых переборок бака, средней надстройки и юта определяют (в мм) по формуле

где р — расчетная нагрузка по формуле (12.3). Толщину обшивки борта и концевых переборок надстроек принимают не менее s_min = 0,01L + 5 мм для нижнего яруса и на 1 мм меньше для верхних ярусов, но не менее 5 мм.

Обшивку концевых переборок подкрепляют стойками с моментом сопротивления (в см³) W = 85apl²/_н, который требуется из условия местной прочности. Кроме обычных устанавливают и рамные стойки. С ними совмещаются карлингсы палубы надстройки.

У надстроек 1-го яруса концы стоек боковых стенок, а также всех носовых и незащищенных от удара волн кормовых переборок приваривают к палубе торцовым сечением. Если концы

стоек закрепляются кницами, Момент сопротивления стоек можно уменьшить на 20 %.

Носовые и кормовые концевые переборки надстроек на верхней палубе обычно совмещаются с поперечными переборками корпуса судна. Если же концевые переборки или боковые стенки надстроек и рубок не совмещены с поперечными и продольными переборками корпуса судна, то в местах их опирания с целью устранения жестких точек палубные балки рамного и основного набора подкрепляют кницами или бракетами, установленными в плоскости соответствующих стенок надстроек и рубок (рис. 12.2). Кроме того, в твиндеке под концевой переборкой надстройки следует предусмотреть частичную переборку (полупереборку) или, в крайнем случае, усиленные рамные шпангоуты.