Корпус судна є оболонкою, підкріплену системою балок - набором. Оболонка складається з листів зовнішньої обшивки (днища і бортів), внутрішньої обшивки (перегородок) і настилів (палуб, другого дна). Перетинаючись і приєднуючись один до одного, вони утворюють чотирикутні частини корпусу - перекриття.
Балки набору різних напрямків, приварені до обшивки або настилу, перетинаються під прямими кутами, обмежуючи окремі пластини (не плутати з листами!). Пластини можуть бути квадратної форми або орієнтовані довгою стороною уздовж або поперек судна, вертикально або горизонтально. Залежно від їх орієнтації визначають систему набору окремих перекриттів і корпусу в цілому (рис. 2.1). Якщо довгі сторони пластин розташовуються поперек судна - система набору називається поперечної (рис. 2.2, 2.3, 2.4), якщо уздовж - поздовжньої (рис. 2.5). Якщо пластини мають форму, близьку до квадрату, то система набору називається картатій (рис. 2.6).
Крім цих основних систем набору перекриттів існує ще комбінована система набору, коли в окремих частинах одного перекриття є різні системи набору (рис. 2.7, 2.8).
Система набору корпусу судна в цілому визначається системами набору перекриттів днища, бортів і палуб на більшій частині корпусу (крім країв). Якщо ці перекриття мають різні системи набору, то система набору судна в цілому називається змішаною. У найбільш поширеному варіанті змішаної системи набору корпусу судна борт має поперечну систему набору, а верхня палуба і днище - подовжню (рис. 2.9, 2.10).
Мал. 2.2. Поперечна система набору дерев'яного та клепано
залізного корпусів суден XIX століття
Мал. 2.3. Поперечна система набору одинарного днища
Мал. 2.4. Поперечна система набору борту в носовій частині судна
Мал. 2.5. Подвійне дно з поздовжньою системою набору
2.4. Борт з поперечної системою набору і перебирання зі стійками
Мал. 2.5. Поперечна система набору борту в носовій частині судна
Мал. 2.7. Схема палубних перекриттів по комбінованої
1 - поздовжня система набору; 2 - поперечна система набору
При виборі системи набору перекриття в першу чергу розглядають два основних питання: 1) в якій мірі перекриття сприймає поперечне тиск; 2) в якій мірі і яким чином перекриття працює при загальному вигині корпусу судна.
Мал. 2.8. Комбінована система набору днищевого перекриття:
1 - стрингери; 2 - додаткові стрингери; 3 - флори;
4 - поздовжні балки; 5 - перебирання
Судна довжиною менше 80 м мають відносно невеликі напруги від загального вигину корпусу і зазвичай їх зв'язку зазнають насамперед вигин від місцевих зусиль по нормалі до площини перекриття.
Мал. 2.9. Борт з поперечної системою набору і перебирання зі стійками
В цьому випадку орієнтація балок набору залежить від співвідношення сторін перекриття. І. Г. Бубнова, основоположнику будівельної механіки корабля, приписують таке образне вираження: «Як міст будують не вздовж, а впоперек річки, так і при виборі системи набору балки треба розташовувати поперек перекриття - по найкоротшій відстані». При цьому забезпечується найменша маса перекриття. Так як зазвичай перекриття корпусу витягнуті по довжині, то і система набору напрошується поперечна. Вона більш вигідна і з технологічної точки зору.
Перевагою поперечної системи набору є також можливість при роботі шпангоутів використовувати арочний ефект. При криволінійних обведеннях шпангоути під дією поперечних навантажень мають більшу міцність, ніж при плоских. Особливо це позначається в краях, де напруги від загального вигину невеликі, а шпангоути спираються на ряд горизонтальних платформ. Тому тут перевага віддається поперечної системі набору навіть на суднах довжиною значно більше 100 м. Крім цього, міцність носовій частині на динамічні навантаження від ударів об хвилі і лід простіше забезпечується при поперечної системі набору. До кінця XIX століття морські кораблі і судна будували тільки по поперечної системі набору (див. Рис. 2.2).
Приклади конструкцій перекриттів з поперечної системою набору наведені на рис. 2.3 - 2.4, 2.9, 2.11 - 2.13.
Мал. 2.11. Суцільний флор днища з поперечної системою набору
Недоліки поперечної системи набору почали позначатися з появою швидкохідних і великотоннажних металевих суден і кораблів, конструкція яких спочатку була подібна до конструкції дерев'яних суден, що призводило до різних ушкоджень корпуса. Науково обгрунтував необхідність переходу від поперечної системи набору корпусу до поздовжньої і змішаної систем І. Г. Бубнов в 1904 р
Мал. 2.12. Бракетний флор днища з поперечної системою набору
Зі збільшенням довжини судна ростуть напруги від загального поздовжнього вигину корпусу, особливо на видаленні від нейтральної осі: у верхній палубі і в днище. Вони небезпечні в першу чергу тим, що можуть призвести до втрати стійкості стислих, найбільш гнучких елементів - настилу палуби або обшивки днища. Балки набору підвищують їх стійкість, причому вибір орієнтації балок (уздовж стискаючого навантаження або поперек) має велике значення. А саме, напруга, при якому втрачає стійкість прямокутна пластина, підкріплена з чотирьох сторін балками, приблизно в чотири рази вище, якщо стиск відбувається уздовж пластини на відміну від стиснення поперек.
Мал. 2.13. Полегшений флор днища з поперечної системою набору
Для суден довжиною понад 100 - 120 м застосування поперечної системи набору для днища, а тим більше для верхньої палуби небажано, зважаючи на складність забезпечення їх стійкості при загальному вигині судна. Поздовжня ж система набору цих перекриттів дозволяє легко забезпечити їх стійкість при стискають напружених аж до межі текучості матеріалу.
Особливо виразно переваги системи набору Бубнова проявилися при впровадженні в суднобудування зварювання, при появі і розвитку швидкісних суден з легких сплавів. Система набору з поздовжніми балками набору пізніше з успіхом була поширена на конструкції літаків і інших літальних апаратів.
При поздовжній системі набору поздовжні ребра спираються на високі поперечні балки (флори, рамні бімси), через отвори в яких вони проходять. Ці балки встановлюють значно рідше, ніж при поперечної системі, тим не менш, вони зменшують обсяг внутрішніх
приміщень на судні. Тому на суховантажних судах по бортах подовжню систему зазвичай не використовують, а високі поперечні рами в подвійному дні і під палубою розміщення вантажів не заважають (див. Рис. 2.10).
Бортові перекриття характерні тим, що несуть велику поперечне навантаження, особливо на судах льодового плавання і судах, часто швартуються в море в умовах хвилювання (промислові, рятувальні, буксири). Навантаження ж від загального поздовжнього вигину на них впливають в меншій мірі, ніж на палубу і днище, з огляду на їхню спорідненість до нейтральної осі еквівалентного бруса корпусу. Тому поздовжня система набору бортів зустрічається рідко - в основному на великотоннажних судах.
Проте, на судах відкритого типу, де палуба ослаблена широкими вирізами, у верхній частині борту спостерігаються великі напруги від загального поздовжнього вигину. У цьому випадку часто застосовується комбінована система набору борту, коли у верхній частині додаються поздовжні балки.
Ділянки верхньої палуби між люками більшості вантажних
судів слабо навантажені поздовжніми зусиллями від загального вигину корпусу, тому вони можуть мати поперечну систему набору. тоді система
набору палубних перекриттів також вважається комбінованої (див.
Мал. 2.7).
Комбінована система набору характерна також для перекриттів днища і палуби в районах переходу від середньої частини судна до країв, так як поздовжні балки не повинні обриватися відразу по всій
ширині корпусу, щоб уникнути значних концентрацій напруг (див. рис. 2.8).
Різновидом поздовжньої системи є стрингерного система набору (її ще називають російською), запропонована на початку XX століття
І. Г. Бубновим. У такій конструкції поздовжні балки замінюються стрінгерами (рис. 2.14, 2.15). В результаті вузли перетину зв'язків стають простішими, надійними і технологічними.
Мал. 2.14. Флори подвійного дна при різних системах набору:
а - поперечної; б - поздовжній; в - поздовжньої стрингерного