Giáo trình Ship structure

Originally ships were constructed with single bottoms, liquid fuels and fresh water being stored in separately constructed tanks. The double bottom structure which provides increased safety in the event of bottom shell damage, and also provides liquid tank space low down in the ship, evolved in early twentieth century. Today only ships less than 500 grt will be having the single bottom construction and large ocean going vessels are fitted with some form of double bottom.

Ship Structure

Bottom Structure

       Originally ships were constructed with 

single bottoms, liquid fuels and fresh water being 

stored in separately constructed tanks. The double bottom structure which provides increased safety in the event of bottom shell damage, and also provides liquid tank space low down in the ship, evolved in early twentieth century. Today only ships less than 

500 grt will be having the single bottom 

construction and large ocean going vessels are fitted with some form of double bottom. 

Single Bottom Construction

Flat Plate Keel

 Flat Plate Keel – this type of keel are fitted in majority of  the ocean going vessels. 

Bar Keel

 Bar Keel – Found in smaller vessels like trawlers, tugs, smaller ferries  etc. 

 Where grounding is a possibility this type of keel is suitable with its  massive scantlings, but with additional draft with out additional cargo  capacity. 

Duct Keel

 This runs from the forward engine room bulk head 

to the collision bulkhead and are utilized to carry the double bottom piping and makes the piping 

accessible even when the cargo is loaded. 

 The entrance to the duct is provided at the aft from the forward end of the engine room. 

 A width of not more than 2mtrs is allowed for the 

duct, and strengthening is provided at the tank top 

and keel plate to maintain continuity of strength of the transverse floors

Inner Bottom Plating

flange of the centerline line docking girder. 

 If the grabs are used the plate thickness will be 

increased or double ceiling will be fitted. 

 Man holes for access and lightening holes are provided for  the solid floors. 

 Small air holes and drain holes may be drilled at the top and  bottom respectively for solid floors inside the tanks. 

 Plate floors are can be made water or oil tight as required by  closing the openings. 

 The floors run transversely from the center girder to

 the margin plate on each side of the ship. 

 The spacing of the solid plate floors depend on the load to be supported and the local stresses 

experienced. 

 Under the engine room, boilers, bulkhead and in the pounding region plate floors are provided at every frame space. 

 In other places a distance of 3.05mtrs maintained 

between the floors, with bracket floors at 

intermediate frame spaces. 

Solid Plate Floor

Bracket Floors

 These are skeleton floors, in which the middle part of the  floor plate is omitted and replaced with a frame bar and a  reverse bar with a bracket at either end. 

 The brackets are to be flanged at their free ands and depth  should be at least ¾ th  depth of the center girder. 

Steel Sections Used for Ship

Construction

 A range of steel sections are rolled from ingot

 It is preferable to limit the sections required for ship building to those readily available that is the 

standard types

 If special sections are used, steel mill will have to be set up for exclusively for these sections and will not 

be economical

Steel Sections Used for Ship

Construction

Beams

 Functions: transverse beams have two main 

functions: to tie the sides of the ship together and to support the deck against water pressure and weight 

of the cargo.Longitudinal beams also contribute to longitudinal strength of the vessel

 Sections: flat bars, bulb bars and inverted angles are used generally

 T bars and T bulbs may be used under wood decks

 H sections or other built sections are used as strong beams

Beams

 Transverse beams: the size of the transverse beam is 

governed by their unsupported span, the breadth of the ship,  and in some cases, by the load which the deck has to carry.

 Longitudinal beams: longitudinal beams or deck 

longitudinals are required under the strength deck in all 

ships of over 120mtrs long.

 They are supported at intervals by heavy transverse beams,  which must be not more than 2.5mtrs apart for the forward  7.5% of the ship’s length or 4.0mtrs apart elsewhere.

 The longitudinals are connected to the transverse beams by  direct welding or by flat bars similar to those used in double  bottoms.

Beams

 At bulk heads the longitudinals may be cut and bracketed to  the bulk head if the ship is less than 215mtrs.

 If the length is more than 215mtrs the longitudinals must be  continuous.

 At hatch ways the longitudinals are cut and attached to the  hatch end beams by brackets.

 Strong beams: A strong beam is a specially heavy beam 

which is fitted where great local strength is required. 

 These are often fitted in engine room and boiler rooms to  support deck longitudinals.

 Half beam: transverse beams which are cut at hatch side 

coamings are termed as ‘half beams’. When coamings are  not form the part of the deck girder, the half beams are 

directly welded to the hatch side coamings.

Beams

 Beam knees: beam knees are used for connecting the beams to the frames. Plate type bracket knees are normally used in ship construction

 Large knees must have flange of at least 50mm at their free edge

 When longitudinal beams are fitted , the knees at those frames where there is no transverse beam, must extend to the first longitudinal. 

Water Tight Bulk Heads

 Bulk heads are an important element of transverse 

strength, particularly against racking stress

 By dividing the ship into longitudinal 

subdivisions, they also give protection against fire and flooding

 Minimum number of bulk heads: all ships must 

have at least :

1. A collision bulkhead, not less than 5%, nor more 

than 8% of the ship’s length abaft the stem at the load water line

2. An aft peak bulk head, to enclose the shaft tube in 

a water tight compartment

3. One bulk head at each end of the machinery space

Water Tight Bulk Heads

5 Ships over 90mtrs long must have additional bulkheads 

spaced at reasonably uniform intervals. The number of  bulkheads to be fitted depends on the length of the ship  and on whether the engines are placed amidships or aft.

 Collision bulk head must extend up to the upper deck.

 The after peak bulk head need only extend up to the first 

deck above the load water line, if it forms a water tight  flat.

 All other bulk heads must extend to the bulkhead deck 

which is usually the free board deck.

 Bulk heads are fitted in place of frames. They are 

intercostal between decks; I.E. The decks are continuous  and the bulk heads are fitted in panels in between them.

Water Tight Bulk Heads

 The after peak bulk head plate thickness around the stern tube must be doubled or thickened to resist 

vibration

Water Tight Bulk Heads

 Stiffeners may be angles, bulb angles, channels or 

equivalent welded sections

 Stiffeners are usually fitted vertically

 They are usually spaced about 75cms apart in all 

areas other than collision bulkheads and deep tank bulkheads, where the spacing is reduced to 60cms

 Stiffeners in the way of deck girders are often made heavier and are attached to the girder by deep 

flanged brackets

Water Tight Bulk Heads

 Corrugated bulk heads: these are often fitted in oil 

tankers and are occasionally found in dry cargo 

ships

 The corrugations give stiffness to the plating and ordinary stiffeners are not required and slight 

reduction in weight is obtained in this method

 But to make a certain width of corrugated sheet 

more length of sheet is required compared to plane sheet and hence the actual gain in weight reduction 

is offset

 In some constructions widely spaced web stiffeners 

at right angles to the corrugations are used

Collision Bulkhead

Corrugated Bulkhead Section

Corrugated Transverse Bulk Head

Water Tight Bulk Heads

 In transverse bulkheads , the corrugations may run either 

vertically or horizontally.

 In longitudinal bulkheads only horizontal corrugations are  allowed to give longitudinal strength.

 The thickness of the plate depends on the width of the ‘flats’  and height of the bulkhead.

Pipe Passing Through the Bulkhead

Testing of Water Tight Bulkheads

 Water tight bulkheads forming the boundary of a tank may be tested by testing the tank

 Other watertight bulkheads with in the tank may be tested by filling water up to the load water line

 Other watertight bulkheads are hose tested

 The main function of pillars is to carry the load of the decks and weights upon the decks vertically down to the ship’s bottom structure

 Another function of pillars is to tie together the 

ship’s structure in vertical direction

 The pillar connecting ends may be of bracketed or non bracketed type, according to the indented 

function of the pillars

Pillar Arrangements

Pillar Arrangements

     Bracketed Pillar

        Tension Pillar

 In a cargo ship the pillars inside the holds are to transmit the  down load effectively to the bottom structure, where the 

pillars need not be bracketed.

 Inside the engine room the main function pillars is to tie the  structure in vertical direction, where the pillar at times may 

be tension, and these pillars are to be heavily bracketed.

 In side tanks also the pillar can be under tension when the  tank crowns are under pressure and hence heavily bracketed  joints are used.

 Since the location of pillars can interfere with stowage 

arrangements in a cargo ship, widely spaced pillars of large  sections are used instead of closely spaced small solid 

pillars.

 The above arrangement is termed as ‘massed pillaring’.

 The hold pillars have to take compressive stress and hence  the construction should be to avoid buckling, and this 

depends on the length and the load carried.

 Normally rectangular or octagonal tubular construction is  adopted and for economic reasons these may be fabricated  from steel plates or suitable steel sections.

 The pillar ends should be connected to doubling plates with  continuous weld to distribute the load effectively.

 In place of pillars non water tight pillar bulkheads may be  fitted on the ship’s centreline.

 Pillar bulkheads when fitted normally extends from 

transverse bulkhead to hatch coaming. 

Hatch Ways

 For the ship having wide openings for cargo operations, the  resistance to longitudinal stress is very much reduced.

 Stress concentrations cause a tendency for the decks to 

fracture at the hatch corners.

 Also there is a loss of transverse strength due to cutting of  beams at the hatch coamings.

 To compensate for this loss of strength the deck plating 

should be sufficiently strengthened at hatch ways.

 Coamings and their connections must be sufficiently strong  and rigid.

 For deck openings square corners are not allowed but to be  rounded off.

Hatch Ways

 The radius of the round should be 1/24 th  of the breadth of the  opening but in any case it should not be less than 300mm.

length from the stem.

 Aft of the quarter length from the stem the coamings should  have a minimum height of 450mm.

 In rest of the places the openings are to be suitably framed.

Hatch Ways

 Welded hatch coamings may have rounded corners but due to practical difficulties for fitting hatch 

covers, the square cornered hatch coamings are 

normally fitted

 The ends of the hatch coamings must be extended beyond the hatch ends to form tapered brackets

 The deck plating must be extended inside the 

coaming so that it can be rounded off with a smooth edge with out any welding

 Horizontal gussets are fitted to strengthen the 

connection between the side coaming and hatch end beams. 

Shell and Deck Plating

 Seams or ‘edge laps’ are joints which run fore and aft that is longer edges of the plates

 Butts or ‘end laps’ are joints which run in the 

athwartships or vertically that is along the shorter edges of the plates

 Garboard strakes are the strakes of shell plating 

next to the keel on either side

 Sheer strakes are the upper strakes of shell plating 

on either side, next to the upper deck

Shell and Deck Plating

 In long ships it is necessary to strengthen the shell plating  against shearing stresses at about half depth of the ship, in  the region of about one quarter of the ship’s length from 

either end.

 Shell expansion plans are plans which show all plating on  the hull drawn to the scale.

Shell and Deck Plating

 They also show many other details, including 

frames, floors, deck edges, stringers etc

 Strakes of shell plating are distinguished by the letters from the keel onwards

 Garboard strake is the first strake “A”

 The plates in each strake is numbered from aft to forward

Shell and Deck Plating

 So D5 strake is the fifth strake from the aft and 

fourth strake from the keel

 Strakes on deck plating are lettered from centre line outward whilst deck plates are numbered from aft to forward

 Stealer plates: the girth of the ship decreases toward 

the ends and so width of the plates must be 

decreased in these parts

 To save making plates too narrow at the edges of the ship, it is usual to run a number of pairs of adjacent strakes into one

 This is done by means of a stealer plate

Shell and Deck Plating

 Please note the lettering and numbering of the 

stealer plate that the letter is of the lower strake that runs into it and the number is one before the lower strake running into it

 Special plates: 

Shell and Deck Plating

 Shoe plates are plates that connect the stem to the flat plate 

weight.

 Welded plating is more liable to crack than riveted plating,  particularly in the region of sheer strake and bilge.

 The cracks are more liable to occur if the openings are near 

to the upper edge or if there are notches.

Shell and Deck Plating

 For this openings in the region of upper edge should be well  rounded off and should be kept away from the upper edge.

 Connection of the sheer strake to upper deck stringer should  form a ‘T’ joint with a full penetration weld.

 Alternate method used in modern shipbuilding is to have a  rounded sheer strake.

Shell and Deck Plating

 The radius of the rounded section should not be less than 15 times the thickness of the plate

 Any opening in the shell plating must have special arrangements to preserve the strength and their 

corners must be rounded

 When large openings are cut they are usually 

framed- in by a face bar and web frames are fitted 

on either side of the opening, also insert plates are fitted above and below the opening or right around the opening

Shell and Deck Plating

 Classification societies have clear rules regarding the width of the keel plates, sheer strakes, garboard strakes and deck stringers, where as for other areas 

of shell plating the any reasonable width

 Plating thickness vary at different areas of the shell plating

 Keel plates, sheer strakes and upper deck stringers are thicker than other strakes. 

Shell Expansion Plan

Shell Plate Arrangements

Shell and Deck Plating

 In the pounding region the plate thickness is increased.

Bilge Keels

 Bilge keels are provided to resist rolling

 The effect of direct resistance of the bilge keel with water is less

 They slightly increase the period of roll

 They upset the transverse streamlines of the ship’s hull and thus set up eddy currents and increase the 

‘wave making resistance’

 They increase water pressure over a large area of the ship’s hull and this pressure acts in such a direction 

to damp the rolling

 For their protection bilge keels are arranged in line with hull and bottom floors