乾舷計算書（FREEBOARD CALCULATION)
冨田工学博士著：船舶基本設計論を引用
乾舷計算書 ・船舶基本設計論引用
船の乾舷は1966年国際満載吃水線条約の規則によって決められる。
この規則の前提としては、貨物パラストその他のものの性質及び積付けが、船舶の十分な復原性及び構造上の過大な応力の回避を確保するようなものであること。また、船の復原性または区画に関する国際的な要件がある場合には、これらの要件が満足されていること。船体の一般的構造強度は、指定される乾舷に相当する吃水に対し十分なものでなければならないが、主管庁が認定した船級協会の要求に従って建造される船は十分な強度を有するものとみなされる。
満載吃水線条約は、次の用語の項で定義される船の長さ 24m 以上で国際航海に従事する船に適用されるが、軍艦,150G.T. 未満の現存船、運送業に従事しない遊覧ヨット、工船及び運搬船等を除く漁船には適用されない。
1 乾舷計算用用語(Technical
Terms for Freeboard Calculation)
(a) 乾舷用長さ (Lf) (Freeboard Length)
長さLfは、キール上面から測った最小型深さの85%における吃水線の全長の96% または、その吃水線上における船首材の前面から舵軸の中心までの長さのうち、いずれか大きいものをとる。
(b) 乾舷用幅(Bf) (Freeboard Breadth)
幅(Bf)とは、船のLfの中央において、金属製外板を有する船にあってはフレームの型線まで、その他の材料の外板を有する船では船体外面まで測った船の最大幅をいう。
(c) 型深さ(D)
(Moulded Depth)
キール上面から船側における乾舷甲板梁の上面まで測った垂直距離。丸型舷
(d) 乾舷用深さ (Df) (Freeboard Depth)
Lfの中央における型深さに、その箇所の梁上側板の厚さを加えたもの。暴露する乾軟甲板が被覆されているときは、さらにT (Lf-S)/Lfを加えたもの。ここに、Tは甲板口の部分を除いた暴露部の被覆の平均厚さ、Sは船楼の全長。
(e) 方形係数(Cb) (Block Coefficient)
方形係数(Cb)は次式で与えられる。
Cb=F/Lf・Bf・d1
ここに、▽は、金属製外板の船ではボッシングを除く船の型排水容積、その他の材料の外板の船にあっては船体外面までの排水容積とし、d1は最小型深さの85%の型吃水とする。
(f) 乾舷甲板(Freeboard
Deck)
一般には上甲板をとる。不連続な乾舷甲板を持つ場合は、暴露甲板の最下線及びこれを上方の甲板の部分に延長した線を乾舷甲板とみなす。下方の甲板を乾舷甲板としたときは、この乾舷甲板より上方の船体部分は、乾舷の指定条件の適用及び乾舷の計算に関しては船楼として扱う。
(g) 船楼(Superstructure)
乾舷甲板上に設けられた、上部に甲板をもつ構造物で、船側から船側に達するもの、または、船側外板から幅 (Bf) の4%をこえない位置にその側板を有するもの。低船尾楼は船楼とみなす。船楼の高さとは、船側において船楼甲板梁の上面から乾舷甲板梁の上面まで測った最小垂直高さをいう。
2 乾舷計算(Freeboard
Calculation)
(1) 夏期乾舷 (Summer
Freeboard)
次項計算に基づく形状による吃水、あるいは浸水計算の必要な場合には浸水後の規定の条件を満足する吃水のうち、最小のものに対する乾舷。他に、冬期,熱?,冬期北大西洋,淡水乾舷その他があるが、いずれも夏期乾舷を基準として計算される。
乾舷計算の目的のため、船舶の型式を、A型及びB型に分類する。
(2) A型船舶('A'
Type Ship)
タンカーを想定したもので、貨物油タンクは鋼製または同等の材料のガスケット付水密カバーで閉鎖された小さな開口のみをもち、次の特別条件を満足すること。
(i) 機関室囲壁は標準高さ以上の閉囲された船尾楼、船橋楼または同等の甲板室で保護されること。
(ii) 船尾楼と船橋楼または甲板室の間には、甲板下の通路を利用できる場合または同一効力の通路設備を備える場合以外には、船楼甲板と同一の高さを有する十分な強さの歩路を備えること。その他の場合、中央船橋のないA型船舶においては、船舶の必要な作業に使われるすべての部分に行く船員の安全を守るために管海官庁が十分と認める配置を備える。
(iii) 乾舷甲板,船首楼甲板及び膨脹トランク上の倉口には、鋼製または同等材料の水密蓋を設ける。
(iv) 甲板の暴露部ではその部分の長さの1/2以上をオープンレールとするか、あるいは有効な放水装置を設ける。船楼とトランクが連続するときは、乾舷甲板暴露部全長にわたってオープンレールを設ける。
(v) 舷側厚板の上縁はなるべく低くする。
なお、A型船舶であって、長さ150mをこえ、かつ、その船舶の夏期満載吃水線まで載貨している場合において、空の区画を有するように設計されたものは、0.95の浸水率を仮定して、これらの空の区画のいずれの一つの浸水にも耐えることができ、かつ、主管庁が十分と考える平衡状態において浮んでいなければならない。このような船舶であって、長さ225mをこえるものにあっては、機関区域を浸水率0.85の浸水区画として取扱うものとする。
この場合の目安として、次の条件を満足するものが十分とみなされる。
(i) 浸水後の最終の水線は、浸水が進行すると認められるいずれの開口の
(ii) 非対称浸水による最大横傾斜角は15°を超えないこと。ただし、舷側における甲板線が浸水しない場合は17°までとする。
(iii) 浸水後の状態におけるメタセンタ高さは50mm より少なくないこと。
A型船舶には乾舷表-A表が適用される。
(3) B型船舶('B'
Type Ship)
A 型船舶についての規定に該当しない船舶はすべてB型船舶とみなされる。
B型船舶であって、第1位置において、ポンツーン型倉口蓋またはガスケット及び締付具付鋼製倉口蓋を有する場合は、乾舷表-B表による乾舷が指定さ れる。
また、長さ100mをこえるB型船舶で、次の事項を満足する場合、その乾舷は、B表の値から、対応する船の長さに対するB表の値とA表の値との差の60%を減ずることができる。
(i) 船員の保護に関する装置が十分なものであること。
(ii) 放水設備が十分なものであること。
(iii) 第1及び第2位置における倉口蓋が鋼製または同等のもので、閉鎖・締付装置に特別な注意が払われていること。
(iv) 夏期満載吃水線まで積載しているとき、機関区域を除き、浸水率を0.95 と仮定して、いずれの一つの損傷区画に浸水しても十分な平衡状態にお いて浮んでいること。
(v) このような船舶であって,
長さ 225mをこえるものにあっては、機 関区域を浸水率0.85の可浸区画として扱う。
(iv) 及び (v)の適用に当っては、A型船舶の項における対応条件(i), (ii) 及び (iii) において与えられた範囲のものが十分とみなされる。
B型船舶に対する以上の乾舷減少条項は、一般に、鉱石船、バルクキャリヤに適用される。
なお、A型船舶に対する特別条件に適合し、かつ、2区画浸水を満足する場合、その乾舷はA表の値まで減ずることができる。この条項は特殊構造の鉱石船を対象としたものである。
また、浸水計算の主な条件について, IMCO 勧告分を含めてまとめれば次
のごとくである。
(i) 損傷の垂直方向の範囲は船の深さとする。
(ii) 損傷の横方向の範囲はB/5とする。
(iii) 損傷の長さ方向は次によって1区画または2区画とする。
A型船舶で、Lf>150m, 乾舷A or<Bの場合: 空区画について1区画浸水計算。
B型船舶で, Lf?100m, 乾舷B-60 or <Bの場合: 機関室を除く1区画浸水計算。B-100
or <B-60の場合: 機関室を除く2区画浸水計算。
なお、Lf>225mのときは、機関室区画の浸水計算を行う。
上記中,乾舷 A, BはそれぞれA型、B型船舶の表定乾舷。B-60は、A~B差の60%をこえない範囲で乾舷を減少させる場合。B-100は、A~B差の60%をこえ、Aまで減少させる場合。
(iv) タンカーの貨油タンクは浸水しないものとする。機関室区画のみの燃料油、ディーゼル油、潤滑油、清水等の消費用液体用タンクは浸入しないものとする。
(v) 浸水率は、機関室区画0.85,
その他の区画は0.95とする。
(vi) 燃料油,清水,潤滑油,食糧品等は、それぞれ計画容積の50%が積
載されるものとする。この状態で均質貨物を満載吃水に達するまで積載する。
(vii) 上記状態の計算結果のいかんにかかわらず、浸水前の非損傷状態の
トリムはイーブンキールであるとする。
(vii) 液体貨物の場合には、自由表面の影響を考慮する。
(iix) 液体比重は次の通りとする。
海水:1.025,清水:1.00,
燃料油: 0.95, ディーゼル油: 0.90, 潤滑油: 0.90
(4) 型状乾舷の計算
(Calculation of Form Freeboard)
型状乾舷は次の過程によって決定される。
(表定乾舷)→(方形係数修正)→(船楼修正)→(深さ・長さ比修正)→(乾舷甲板上面線修正)→(舷弧修正)→(型状乾舷)
1) 表定乾舷
表定乾舷は(Table 3・1)
によって、それぞれA型船、B型船に対して与えられる数値に、必要な場合は次の (i), (ii) の修正を施す。
(i) 小型船に対する修正: B型船舶であって、24m?Lf/?100m で、0.35Lf未満の有効長さの船楼をもつ船は、次式の値を上記表の値に加える。
7.5(100-Lf) (0.35-E/Lf), (mm)
Eは船楼の有効長さ。
(ii) 倉口蓋が基準の規定を満たさない場合は、乾舷の増加が要求される。
(Reg. 27.(10))。修正数値は省略。
2) 方形係数(Cb)に関する修正
Cbが0.68を超えるとき、前1)項で求めた表定乾舷に次の値を乗ずる。
(Cb+0.68)/ 1.36
なお、乾舷計算に用いるC。の値は、計画初期においては、計画満載吃水
(dF) に対する方形係数 (CbF)より、近似的に、
Cb≒CbF+(0.85 D-dF)/dF ・(0.32-0.30-CbF)
ここに、CbFは計画満載吃水におけるCb値を用いることができる。最終的には、完成排水量等曲線より求めた値による。
3) 船楼に関する修正
船楼修正高=(基本修正高:
Table 3.2)
×(船楼係数:Table
3.3)
船楼修正高は(一)とする。
a) 船楼の有効長さ(E)
E=(船楼の長さ: 凹凸部の修正を施したもの)×(b/Bs: 船楼がセットインしている場合)×(船楼高さ/船楼の標準高さ: Table
3.4)
b) 船楼高さの修正
船楼高さ修正は標準高さより小なる場合のみ行う。
ここに、Bsは船楼の長さの中央における船の幅。bは船楼の長さの中央における船楼の幅。低船尾楼甲板の有効長さは、完全な前端隔壁がある場合はその長さをいう。ただし、最大0.6Lfまで、隔壁に開口があるときは、標準高さより小さい船尾楼として扱う。閉囲されない船楼は有効長さ0とする。また、トランクがある場合はその構造条件に応じ、船楼有効長さに加算される条項がある。
(Table 3・3) に対し、B型船舶における付帯事項とし、
(i) 船橋楼の有効長さが0.2L」
より小さいときは、係数はI列とIⅡ列と の間で補問法による。
(ii) 船首楼の有効長さが0.4L,
より大きいときは、係数はIⅡ列による。
(iii) 船首楼の有効長さが
0.07L」より小さいときは、係数は次式の値を減 ずる。
0.05× (0.07 Lf - f)/( 0.07 Lf)
ここに、?は船首楼の有効長さ。
(Table 3.2, 3, 4) とも中間のLf に対しては補間法による。
4) (深さ/長さ) 比による修正
Df が Lf/15 をこえるときは、乾舷は(Df - (Lf/15)・R, (mm)、増とする。
ここに、 Lf<120m : R=Lf/0.48
Lf?120m : R=250
DfがLf/15より小さいとき、中央部 0.6Lfにわたり閉囲された船楼を有する船舶または閉囲された部分船楼とトランクとの連続が船首尾に全通する船舶では、上記算式による値を減じる。船楼またはトランクの高さが標準高さより小さいときは、減少はその比率による。
5) 甲板線の位置による修正
甲板線の上縁までの実際の深さがD」 よりも大きいかまたは小さいときは、この深さの差は乾舷に加減して修正される。
6) 舷弧に関する修正
So及びSをそれぞれ舷弧の標準平均高さ及び実際の舷弧平均高さとするとき、修正高は、
S<So : (So - S) (0.75-0.5r1), (mm)
S>So : (So - S) (0.75-0.5r1)・(5E)/Lf, (mm)
この場合、修正高の絶対値の最大限度は、1.25・Lf, (mm), とする。
ここに、r1 : 船楼長さの和/Lf
E : 閉囲船楼のLfの中央前後 0.1Lfの間にある部分の長さまた、舷弧標準平均高さSoは、
S0=12.51・(Lf/3+10), (mm)
で与えられる。
SはLfを6等分し、各点での舷弧の高さを後端点より順次, S1, S2,・・・ S7 するとき、
S=(S1+3S2+3S3+2S4+3S5+3S6+S7)/16, (mm)
舷弧の高さの計測は次による。
(i) Lfの中央における舷弧上の点を通りキールに平行な直線より垂直に測る。
(ii) 平甲板船及び部分船楼を有する場合、舷弧は乾舷甲板において測る。
(iii) 乾舷甲板の全長にわたり標準高さの船楼ある場合,舷弧は船楼甲板において測る。
船楼の高さが標準をこえるときは、その高さの差の最小値を L」の前後端点における舷弧の高さに加え、L」の前後端から L5/6及びL」/3の各点における舷弧の高さに、それぞれ上記最小値の0.444倍及び 0.111倍を加える。
(iv) 船楼の高さが標準高さより大きく、舷弧の高さが乾舷甲板の舷弧の高さより大きい閉囲した船尾楼または船首楼を有する船舶では、その舷弧の前半部または後半部の平均高さに次式により算定した高さを加えたものとする。
(2/3)・( y・L')/Lf
ここに、yはLfの後端点または前端点における船楼の実際の高さと標準高さとの差。L'は船尾楼または船首楼の閉囲する部分の平均の長さ、ただし,それぞれの長さは0.5Lfをこえないものとする。
なお、上甲板上船体中心線において舷弧のない場合,前後部でのキャンバーのみによる舷弧の平均高さの概略値は0.73・Bf ^(1.3) (mm)で与えられる。
(5) 最小船首高さ
(Minimum Bow Height)
指定された夏期乾舷に対応する水線と、舷側における暴露甲板の上面との間の船首垂線における垂直距離である船首高さは、次式で与えられる値未満としてはならない。
Lf < 250m : 56Lf (1 - Lf/500)・1.36/(Cb+0.68), (mm)
Lf ?250m : 7000・1.36/(Cb +0.68), (mm)
この場合、Cbは0.68より小さい値はとらないものとする。
また、上記船首高さが舷弧によって得られるときは、舷弧は船首垂線から少なくとも0.15・Lfにわたっていなければならない。船楼を設けることによって得られるときは、この船楼は船首垂線から少なくとも 0.07・Lfの点までにわたっていなければならず、かつ、次の要件に適合しなければならない。
(i) Lf?100m, 船楼はいわゆる閉囲船楼の条件を満足していること。
(ii) Lf>100m,船楼は主管庁の満足する閉鎖装置を備えていること。
(6) 木材乾舷 (Timber
Freeboard)
乾舷甲板または船楼甲板の暴露部に搭載される木材貨物は、ある付加的な浮力及び海洋に対する高度の保護を船舶に与えるものとみなすことができ、このため甲板積木材を搭載する船舶は乾舷の減少が認められる。
この乾舷減少量は前記乾舷計算項目のうち、船楼修正項の異なる取扱いによるものである。
木材乾舷を取得するための特別条件としては、
(i) 標準高さ及び少なくとも0.07・Lfの長さの船首楼を設ける。さらに、 Lf<100mの場合、標準高さの船尾楼または甲板室もしくは合計の高さが、少なくとも同等の堅固な鋼製フードを備える低船尾楼甲板を後部に設ける。 (ii) 1/2・Lf midship間の二重底には適当な水密縦区画を設ける。
(iii) 木材積み甲板には、高さ1m以上の適当なブルワークまたはオープンレールを設ける。
(iv) 有効な補助操舵装置を設ける。
(v) 適当な木材固縛装置を設ける。
以上のほかに、甲板木材を積付ける場合の特別条件が規程されている。
3. 乾舷計算例(Sample
Calculation of Freeboard)
(Table 3-6)に貨物船の乾舷計算例を示す。
TABLE 3-6 FREEBOARD CALCULATION
SHIP: Cargo Ship, Well Decker
L x B x D - dF =138.00×22.00×12.35 - 9.06(m)
CbF = 0.715 at d = 9.06
Lf = 138.40
Cb at 0.85 D≒CbF +((0.85 D - dF ) / dF) (0.32 - 0.30 CbF)
= 0.715 + (( 10.50 - 9.06 ) / 9.06) (0.32-0.30×0.715)
=0.732
THICKNESS OF STRINGER PLATE=30mm
THICKNESS OF KEEL PLATE = 20mm
1) TABULAR FREEBOARD
from (TABLE 3-1), 'B' TYPE SHIP, Lf = 138.4m, = 2074mm
by Cb CORRECTION
= 2074 x (0.732 + 0.68) / 1.36 = 2153mm
2) SUPERSTRUCTURE CORRECTION EFFECTIVE
LENGTH OF F'CLE & POOP
=10.10+ 28.40 = 38.50 m
RATIO TO Lf : r1 = 38.50 / 138.40 = 0.278
COEFFT. from(TABLE 3.3)
=0.10+0.05 (0.278 - 0.200) / 0.1=0.1139
CORRECTION=1070×0.1139=122 mm
3) DEPTH CORRECTION
Df = 12.350 + 0.030 = 12.380m
CORRECTION = (Df - Lf /15)×250 = (12.380-138.40/15)×250 = 788 mm
4) SHEER CORRECTION
So = 12.51 x (138.40 / 3 + 10) = 702mm
MEAN SHEER HEIGHT DUE TO CAMBER
≒ 0.73B x B^ 4.3 = 0.73 x 22.00^4.3 = 41 mm
HEIGHT OF SUPERSTRUCTURE:
F' CLE = 2.50 m, POOP = 2.55 m
EXCESS MEAN SHEER HEIGHT OF SUPERSTRUCTURE
= 1/3 x (2500 - 2300) x (10.10/138.40)
+ 1/3 x (2550 - 2300) x (28.40/138.40)
= 5 + 17 = 22mm
S = 41 + 22 = 63mm
CORRECTION=(So-S) (0.75-0.5r1)
= (702 - 63) (0.75 - 0.5 x 0.278) = 390 mm
5) SUMMER FREEBOARD
= 2153 - 122 + 788 + 390 = 3209mm
6) SUMMER LOADLINE DRAFT
MOULD DRAFT = 12.380 - 3.209 = 9.171m
EXTREME DRAFT =(12.380+0.020) - 3.209 = 9.191m
7) MINIMUM BOW HEIGHT
by RULE: 56 Lf (1 - Lf / 500) x {1.36 / (Cb + 0.68)}
=56×138.40×(1-138.40/500)×(1.36 / (0.732+0.68 ))
=5400 mm
ACTUAL=D+(SHEER HEIGHT AT F.P.)+(F'CLE DECK HEIGHT)
- (MOULD DRAFT)
= 12.35 + 0.350 + 2.500 - 9.171 = 6.029m