內(nèi)河客船露天甲板欄桿設計探討

吳 煒，劉 健

（中國船級社實業(yè)公司廣州分公司，廣州 510235）

1 前言

近年來，隨著內(nèi)河旅游和內(nèi)河客運的繁榮發(fā)展，內(nèi)河客船更新?lián)Q代逐步加速，新型船舶不斷涌現(xiàn)，船用欄桿作為客船上人員安全保護的重要設施，其形式材質(zhì)也日趨多樣化。貨船欄桿主要用于船員保護，結(jié)構(gòu)比較統(tǒng)一，一般直接選用標準件即可；但內(nèi)河客船欄桿的設計就復雜許多，除了其結(jié)構(gòu)強度、間隙等需要滿足船員保護的需求之外，還要考慮各年齡段乘客特別是兒童的保護需求，同時還要滿足個性化和美觀的要求。

2 設計要點

船用欄桿從安裝位置分類：可分為室內(nèi)欄桿和室外欄桿兩類；從結(jié)構(gòu)型式分類可分為活動式欄桿和固定式欄桿兩類；活動式欄桿又可分為可拆式和可倒式活動欄桿兩類。可拆式欄桿在工作需要時可將欄桿拆下，需另外安放；而可倒式欄桿則就地倒下便可以工作，省去了拆裝和搬運的工作。

本文主要探討室外露天甲板固定式欄桿的幾種形式?；顒邮綑跅U設計一般可參考固定式欄桿，但欄桿立柱需設置成活動式，配合活動小鏈、掛鉤和扶手索、螺旋扣等使用。

中國海事局《內(nèi)河船舶法定檢驗規(guī)則 2019》和中國船級社《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范 2016》及適用修改通報，均對船用欄桿設置有明確規(guī)定：在內(nèi)河客船載客甲板（干舷甲板、甲板室和上層建筑甲板等）的開敞部分，未設置舷墻的位置和甲板開口、梯口、平臺邊緣處應設置欄桿；在頂篷甲板上，若不是船員經(jīng)?；顒雍凸ぷ魈幩?，可設置矮欄桿或防滑板等安全保護設施。

內(nèi)河客船露天甲板欄桿主要設計要點如下：

（1）強度：欄桿立柱、扶手、橫檔、玻璃的強度，需滿足法規(guī)和規(guī)范要求；

（2）高度：欄桿高度應大于等于1 000 mm，但一般應小于等于1 200 mm；室外斜梯上的欄桿高度，垂直測量時，踏步面到欄桿頂部也不能小于1 000 mm；

（3）間隙：內(nèi)河船欄桿立柱之間的距離不大于2000 mm；若兩立柱之間的桿件采用水平布置，最低一檔以下的凈高度應不大于180 mmm；其他各檔間凈距應不大于280 mmm；若兩立柱之間的桿件采用垂直布置，垂直桿件間凈距應不大于110 mm；若兩桿件之間設有擋板、花格、防護網(wǎng)、玻璃等能防護乘客跌落的裝飾物，兩桿件之間的凈距可適當放寬；

（4）欄桿支撐：欄桿立柱應至少在每隔兩根的下端與欄桿平面垂直的平面內(nèi)設置肘板、撐條支撐，如每隔1檔或每檔都設置支撐的話可以適當減小支撐尺寸；

（5）玻璃應選用鋼化玻璃、浮法玻璃或者聚碳酸酯玻璃；玻璃層數(shù)至多不超過三層。單層玻璃厚度不小于5 mm，兩層玻璃的厚度之和不小于6.5 mm，三層玻璃的厚度之和不小于7.5 mm。

3 典型欄桿形式

常用內(nèi)河船露天甲板固定式欄桿主要形式，可歸納為豎檔欄桿、橫檔欄桿、玻璃欄桿三類；欄桿主要由欄桿立柱、扶手、橫檔、豎檔、擋板等構(gòu)成。其中，欄桿立柱、橫檔、豎檔一般為金屬材質(zhì)，主要選用不銹鋼、鋁合金、鍍鋅碳鋼等；欄桿高度一般取1000～1200 mm；立柱間距一般取1000～2000 mm。

3.1 橫檔欄桿

橫檔欄桿一般由欄桿立柱、扶手和3～4根橫檔組成，不設豎檔：立柱一般選用扁鐵、圓管或者矩形管；扶手一般選用圓管；橫檔選用稍小圓管或者實心圓材；欄桿立柱、扶手等均需要按標準選用或者強度計算。典型橫檔欄桿形式，如圖1所示。

圖1 橫桿欄桿

3.2 豎檔欄桿

豎檔欄桿一般由欄桿立柱、扶手、1～2根橫檔和較密集豎檔組成：立柱一般選用扁鐵、圓管或者矩形管；扶手一般選用圓管；橫檔圓管或者矩形管；欄桿立柱、扶手等均需要按標準選用或者強度計算。典型豎檔欄桿形式，如圖2所示。

圖2 豎桿欄桿

3.3 玻璃欄桿

玻璃欄桿一般由欄桿立柱、扶手和0～2根橫檔和玻璃板組成：立柱一般選用扁鐵、圓管或者矩形管；扶手一般選用圓管；橫檔一般選用矩形管或型材；欄桿立柱、扶手、玻璃板等均需要按標準選用或者強度計算。典型玻璃欄桿形式，如圖3所示。

圖3 玻璃欄桿

3.4 各種欄桿形式對比

上述三種客船欄桿形式各有特點，在內(nèi)河客船中均有應用。其中，橫桿欄桿使用范圍最廣，玻璃欄桿近年來使用越來越多。各種欄桿形式對比，見表1。

表1 各種欄桿形式對比

4 強度計算

4.1 計算方法

常用的船用露天甲板欄桿的標準，主要有《CB/T 663-1999船用欄桿》和《GB/T 23425-2009 造船 貨船欄桿》。這些標準較老，且所列欄桿形式較為單一，在貨船上使用基本可以滿足要求，但對于日新月異、形式多樣的客船來說參考價值較低，因此客船欄桿一般為非標準欄桿，需要計算其強度。

內(nèi)河船舶相關(guān)法規(guī)和規(guī)范，對于船用欄桿強度計算方法沒有詳細規(guī)定。在欄桿強度計算時，立柱和扶手考慮參考建筑設計標準《GB 50009-2012建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》進行直接計算，玻璃板參照規(guī)范關(guān)于玻璃幕墻的方法計算。

4.2 計算實例

某內(nèi)河客船露天甲板欄桿采用玻璃欄桿形式：欄桿立柱間距1 500 mm，型號為扁鋼-100x12，扶手為圓管φ42x3,材質(zhì)均為304；欄桿玻璃為厚度7 mm雙層夾膠鋼化玻璃；欄桿所在甲板距滿載水線高度為5 m。

該欄桿強度計算如下：

參考《GB 50009-2012建筑結(jié)構(gòu)在載荷規(guī)范》：學校、食堂、劇場、電影院、車站、禮堂、展覽館、體育場，欄桿頂部的水平荷載應取1.0 kN/m，豎向荷載應取1.2 kN/m，水平荷載和豎向荷載應分別考慮（不同時考慮）；搬運和裝卸重物以及車輛啟動和剎車的重力系數(shù)，采用1.1～1.3。

（1）欄桿扶手在水平荷載作用下的強度計算

① 扶手在水平荷載作用下的彎矩計算值：

式中：q—扶手上作用的水平均布荷載標準值，q=1.0 N/mm；

k —扶手上作用的水平均布荷載動力系數(shù)，k=1.3；

L —扶手跨度，L=1 500 mm。

② 抗彎強度校核：

按簡支梁抗彎強度,應滿足：

式中：W—扶手在水平荷載作用方向的剖面模數(shù), W=3346 mm；

σ—扶手許用彎曲應力,σ=205 MPa

M/W=109.272 MPa≤205 MPa

扶手在水平荷載作用下的抗彎強度，滿足要求。

（2）欄桿立柱荷載計算

欄桿立柱為懸臂梁，底端固定，主要承受的荷載包括：玻璃板承受的荷載以集中荷載方式傳遞到立柱上；扶手承受的水平荷載以集中載荷方式傳遞到立柱上。

① 扶手傳遞的作用力：

② 玻璃板承受的荷載：

玻璃板承受的載荷參照規(guī)范關(guān)于玻璃幕墻的方法計算：

式中：P—玻璃板總載荷，N；

q—玻璃板承受的均布載荷，MPa；

a—玻璃板長度，a=1 500 mm；

b—玻璃板寬度，b=660 mm；

h—玻璃板中心距滿載水線高度，h=5.51m；

P—每塊玻璃通過單個駁接點傳遞給立柱的水平集中荷載，N。

（3）欄桿立柱彎矩計算

① 扶手力作用下在立柱根部產(chǎn)生的彎矩計算：

式中：H—扶手距甲板高度，H=1 020 mm。

② 玻璃板傳遞到立柱上的荷載在根部產(chǎn)生的彎矩：

式中：M—欄桿立柱根部總彎矩，N.mm；

M—玻璃連接節(jié)點1處力P在立桿根部產(chǎn)生的彎矩計算值，N.mm；

M—玻璃連接節(jié)點2處力P在立桿根部產(chǎn)生的彎矩計算值，N.mm；

H—玻璃連接節(jié)點1距甲板高度，H=710 mm；H—玻璃連接節(jié)點2距甲板高度，H=310 mm。

（4）欄桿立柱抗彎強度校核

按壓彎桿件的抗彎強度，應滿足：

式中：W—在彎矩作用方向的剖面模數(shù)，W=20000 mm；

σ—立柱許用彎曲應力，σ=205 MPa；

M/W=175.185 MPa≤205 MPa

欄桿立柱的抗彎強度，滿足要求。

（5）玻璃板校核

式中：t—單層玻璃厚度，mm；

C—系數(shù)，C=0.083 1；

σ—玻璃許用彎曲應力σ=50 MPa。

玻璃幕墻計算時，雙層玻璃時厚度不小于單層玻璃的1.25倍，即4.5 mm，實際選用厚度是7 mm，玻璃板強度滿足要求。

4.3 計算說明

上文舉例說明了玻璃欄桿的計算方法，橫檔欄桿和豎檔欄桿的計算方法和玻璃欄桿類似。

5 欄桿布置

欄桿支柱與甲板邊板要留有足夠的間隙，便于甲板疏排水，一般最小凈間隙在30 mm，常規(guī)在50～150 mm；如船舶設有圓弧舷緣，則欄桿支座應置于甲板平坦部位。

在斜梯口、直梯口、登乘繩梯口，根據(jù)需要可以設置欄桿門、活動小鏈、活動鋼索等形式的活動部件，以便于人員通過。

在舷旁救生艇、救生筏、吊機等位置，可以根據(jù)需要設活動式欄桿以便于設備操作。

無論選用哪種欄桿，均需按照規(guī)范要求設置支撐。客船為了欄桿更加整齊美觀和減少對通道的阻礙，比較常見的做法是每根立柱均設置小肘板或者加粗立柱。

6 總結(jié)

本文參閱船用欄桿相關(guān)法規(guī)、規(guī)范、標準以及文獻的情況下，總結(jié)了內(nèi)河船舶欄桿設計和布置要點。

本文介紹了三種典型的船用欄桿形式：橫檔欄桿、豎檔欄桿、玻璃欄桿。這幾種欄桿各有特點，在內(nèi)河客船上均有應用，船舶設計時可根據(jù)需求選用。

本文還探討了內(nèi)河船舶欄桿強度的直接計算方法，對船舶設計人員有一定的參考價值。