船体

船体（せんたい、 ハル）とは、船舶の主たる構造体のことで、船底（せんてい。船体底面、下面）、舷、舷側（船体側面。船側＝せんそく、船端＝ふなばたとも）、甲板（かんぱん。船体や船室上の平らな面）のこと。甲板の上のさまざまな物（たとえば、マスト（帆柱）や さまざまな艤装）、また原動機などは船体に含めない。
概説.
船体というのは船の主な構造体のことであり、容器状の構造体のことである。櫓・帆・帆柱・エンジン・蒸気機関などの動力部分や、軍艦での銃砲などの装備は「船体」には含まない。別の角度から言うと「これだけあれば水に浮くことができる、という部分」あるいは「浮力を担っている容器状の構造体」のこと。
船体は水を押しのけることでアルキメデスの原理が働き、浮力を得る。
船が静止している状態では、船体には重力と浮力の二つの力が加わる。船体が静止しているならば（あくまで、静止している場合だけで、実際に航行している時には起きにくい、あくまで理論上の状態だが）重力と浮力が等しい状態である。このとき、重力の中心である重心と浮力の中心は同一鉛直上にあるものの、位置は異なっている。
船体を設計する上では、さまざまな機能や要求が考慮される。船体設計は（他の様々な設計同様に）「ただひとつの究極の設計」というのは無く、ひとつの機能面での性能を高めれば、代わりに他の機能が犠牲になりその性能が低くなる、というトレードオフの関係がしばしば成り立っているので、船舶の用途や将来の使用者の希望に応じて、機能間のバランスが調整されつつ 船体設計が行われる。
船体は復原性や操縦性能も考慮して設計する。舵を切って旋回している最中は、船体は遠心力を受け、外側に傾こうとする力が働くが、同時に船首、船側、船底付近の「斜めの面」に水の抵抗を受け、船の傾きを水平に戻そうとする力も働く。船底や船側の多数の面の設計次第で、各速度での旋回時の船体の傾き具合が変わる。
（直進時）船首は水面を掻き分けて（切り裂いて）おり、波を発生させており、それによって抵抗が生じていると考えられており、それを造波抵抗と言う。造波抵抗が大きいような船体形状では燃費が悪くなる（原動機が同じ場合は最大速度が低くなる）。19世紀までは船首を細長く作る方向で工夫が重ねられたが、20世紀になりバルバス・バウが開発された。
材料、材質.
船体の主たる材料は、代表的なものとしては、木材、鋼板、アルミニウム、FRPなどがある。
人類が数万年前に用いたと想定されている　素朴な筏やカヌーでは、たとえば葦（アシ）を大量に束ねて船体としたり、丸太（ログ）を平らに何本も並べて蔓で縛って筏にしたり、あるいはかなり太い丸太の中をノミでくりぬいてカヌー状の船体としたり、あるいは木製や竹製の枠をまず作っておいてそこに大きな動物の皮革を張って船体を作ったと考えられている。
（なお、葦や木材は、一般に、水より比重が小さいので、容器状にしなくても一応は水に浮く。）
船体の材料に主に木材を用いた船を木造船（もくぞうせん）と言う。
古代から近代まで、船体の材料としては、主に木材が用いられてきた歴史がある。古代エジプトの船の船体も、15～17世紀ころの大航海時代の帆船の船体も木製であった。現代でも、東南アジア、中国、朝鮮半島などで建造される小型～中型船の船体の材料は、材木が主流である。欧米などでも、現在でも、セーリングクルーザー乗りやモーターボート乗りなどの中には、伝統的な木造船の材質感（風合い）を好む人も相当数おり、（趣味人や、富裕層などで）材料に木材をあえて選んで船を建造させる人々もいる。欧米では現在でも材木でセーリングクルーザーや釣り船などを（日曜大工 感覚で）自作することを趣味にしている人々もいる。
木材で船体を作る方法はいくつかあるが、欧州式の木造船の場合は例えば、一例としては以下のような手順で組み立てる方法がある。
上甲板（デッキ）がある船では以下の作業も行う。
近代になり船舶の大型化とともに船体の材料として鋼板も用いられるようになった。なお鋼自体は強度があるが、巨大な船体を建造するためには鋼板を多数つなぎあわさなければならず、20世紀半ばすぎまで、鋼板どうしの接合方法としてリベットが用いられていたので、船体に巨大な力が働くと、リベットだけが ちぎれ飛んで（吹き飛んで）しまい、鋼板どうしの接合が無くなりバラバラになってしまい、船体がポキリと折れてしまったり、一部の鋼板がハガレて大量浸水してしまう、という事故が起きた。例えば巨大波に巻き込まれたり、艦船が魚雷攻撃などを受ける、などという場合に、リベット接合が原因であっけなく鋼板製の船体が破壊されてしまう、ということが起きたのである。リベット接合という弱点が解消されたのは20世紀後半になってのことであり、溶接技術が実用化し造船の現場に普及したことで、ようやく鋼板の本来の強度が十分に活きた船体の建造が可能になった。現代では大型船（「本船（ほんせん）」とも）は ほぼ全て、鋼板製である。
20世紀後半には繊維強化プラスチック（FRP）製の船体も増えた。特に日本では1966年（昭和41年）ころから漁船のFRP化が推進された。プレジャーボートの類も1970年代にFRP化が進んだ。しかし、FRP船の普及に伴い、特有の問題も露見した。ひとつは、使用過程でFRPの樹脂部分に細かな亀裂が生ずることがあり、その亀裂から内部の繊維部分にまで水（海水、河川の水など）が浸入し、繊維部分が水を含んだことで膨張し、樹脂部分の亀裂がさらに増えるという悪循環が起き、（FRP船体であっても、表面塗装をしっかり施し続けないと、細かい亀裂から次々と水が侵入し）繊維が水を含んだせいで船体の重量が増して浮力が減ってしまったり、（重くなって）操船性能や燃費が落ちたり、次々と増え続ける亀裂によって強度が相当に落ち、想定していた耐用年数よりもはるかに短い期間で廃船せざるを得なくなる場合もある。また、建造は容易なのだが、廃船時に、船体の解体や処分が容易では無いことも後になって判明した。
単胴と多胴.
構造上、一つの船体のみをもつ通常の船舶のことを単胴船（たんどうせん）といい、船体を複数個平行に繋いだ船を多胴船（たどうせん）といい、以下のものが挙げられる。
多胴船の長所としては、同じ幅の単胴船に比べて喫水線が浅くても船体間のバランスが取れていれば船体が小型でも安定することが挙げられ、短所としては横幅がありすぎ停泊時に場所（水面）を占有しすぎることや、一般的に、運動性能が劣ることである。
セーリングクルーザーの双胴船の場合、ある程度の風や波までは単胴のものより復元力が大きくマスト（帆柱）が垂直に保たれがちなおかげで、風を推力に変える上でロスが少ないが、ひとたび風や波の力による傾きが復原点を超えてしまって転覆してしまうと、マストとセイルが水中、船体の真下に沈んだままになり、二度と自力では起こすことができなくなる、という難点もある。（通常の単胴のセーリングクルーザーは、たとえ転覆しても、ハッチさえしっかり閉じていれば、キール（竜骨）に内蔵した数百kg程度の重りのおかげで、（数分～数十分のうちに）ふとした波などのきっかけを得て船体がどちらかに傾き自然と正しい上下方向に戻り、生還できるのだが、双胴のセーリングクルーザーは一度転覆すると二度と自力では起き上がらず、そのまま遭難→乗組員全員死亡　となってしまう欠点がある。一時期、双胴のセーリングクルーザーが流行した時期があったが、その後、大洋を航行中の転覆・死亡事故が何度も続いた時期があり、「双胴のセーリングクルーザーは、近場はともかく、大洋で使うには危険すぎる」という知識が広まり、建造は下火になった。
船体線図.
水面下の船体の形は船型（せんけい）と呼ばれ、流体力学的に最適の船型が求められる。船型を表す図面は船体線図（せんたいせんず、Lines）と呼ばれ、正面正図（Body Plan）、側面図（縦裁線図、Sheer Plan）、水線面図（半幅平面図、Half Breadth Plan、Water Line）の3方向から見た図で示される。正面正図では右側に最大船幅より前側の形状を示し、左側には後側の形状を示すのが普通である。船体線図はいくつかに区切りられた図面であり、これを3次元的に拡大しても曲面にはならない。3次元的な曲面にする作業はフェアリングと呼ばれ、近年ではコンピュータ上で行なえるようになっている。
船体規模.
船舶はその大きさがトン数によって示される。トン数による表記には大きく分けて、船体そのものの重量を示すものと船体内部の容積を示すものとがある。
トンとは酒樽のことであり、トン数で船の大きさを示すのは、15世紀におけるイギリスでは酒樽によって商船が課税されていたことに由来する。トン数と課税には関係が深く、現代でも船への課税は船の大きさを示すトン数を基準に行なわれるため、船主にとっては課税計算に使われるトン数は出来るだけ小さいほうが経済的である。
たとえば、日本では政府の政策としてトラック輸送を陸路ではなくフェリーによる海上交通へ誘導したいために、課税のもとに使われる「国内総トン数」の計算ルールを車輌デッキを2層備えるRORO船では特に小さくしているため、こういった日本国内のフェリー船が海外へ売却されたとたんに総トン数が倍にもなる場合がある。
載貨能力.
多くの貨物船では貨物の積載能力を重量、または容積で表す。
運搬する対象に特化した貨物船では、それぞれの貨物をいくつ運べるかで船の大きさを表現する方法も一般に用いられる。
重量.
船舶としての規模を示す場合には貨物などを積まない状態での船体の重量を示す「軽荷重量」と、貨物、乗客、飲料水、燃料などすべての搭載可能な貨物の総重量を示す「載可重量」がある。
軽荷重量と載可重量を足せば満載排水量になる。船体側面の喫水付近にはその船の設計された満載排水量での喫水高が「満載喫水線円環」や「満載喫水線」として明示されている。水の密度は水温や塩分濃度で変わるため、場所ごとに数種類の喫水が記号で表示されている。
容積.
船舶の容積は、総トン数、純トン数、責任トン数、パナマ運河トン数、スエズ運河トン数、載貨容積トン数などがある。
長さ.
船の長さを表すには、いくつかの異なった方法がある。
幅.
船の幅を表すのにもいくつかの方法がある。
型幅と型深さと言う「型」が付く呼び方は、古典的な造船方法での竜骨や肋骨等の骨材を組み立てた後で外板を張っていった時代の名残りの測り方といえる。
深さ.
船体中央部舷側に満載喫水線マーク（満載喫水線標、フリーボードマーク、乾舷標）を付け、船首などに喫水表示を付ける。
船型.
上記以外に世界各地を航行するとき利用する国際運河、海峡などの規模により制限されることもあり、以下に主な船型制限値を記す。
船体形状の係数.
船型によって細長い船体や太い船体といった違いがある。これらの違いは以下の係数によって数値的に表現される。
船体構造.
単胴船での船体構造について説明する。
構造材.
多くの場合、外から見える船体のほとんどは外板（Shell Plate）であるが、大型船でも外板は薄く最も厚いものでも3cmでありほとんどのものはせいぜい数ミリメートルしかない。中大型船で主に船体を支えているのは構造材と呼ばれる骨組みであり、外板は強度の支えとしては補助的なものでしかない。
船体を支える構造材を組み合わせ配置する形式には、横式構造（Transverse Framing System）、縦式構造（Longitudinal framing System）、縦横混合方式の3種類がある。
船体を支える構造部材は強力部材とも呼ばれ、以下のような部分が各船でほとんど共通の強力部材である。船底部のキールも太い強力部材であるが、木造船の竜骨と異なり現代の鉄鋼船では他の外板より分厚いだけの板になっている。
縦強度.
船体構造でいえば縦強度が重要である。
1960年後半に船体の鋼材を減らした経済的な船型の船が争って多数作られ、その後に船体各部に亀裂が多数生じてからは、経済性と安全性に対する最適化が慎重に考えられている。リベットから溶接へ船体を構成する技術が大きく変更された当初はさまざまな問題が生じたが、その後は解決された。鋼鉄についても低温脆性（ていおんぜいせい）についての知見が得られてからは、安全になっている。
船体の材料.
船体を構成する材料には、木材、鉄船、鋼鉄、繊維強化プラスチック（FRP）、アルミニウム、セメント、フェロセメントがある。
スラミングへの対策.
バウダイビングとは逆に船首船底が水中から躍り出てしまい、一瞬の後に水面に叩きつけられる「スラミング」と呼ばれる現象がある。スラミングの直後には「ホイッピング」と呼ばれる船体全体が大きく振動する現象も起きることがある。
スラミングによってバウダイビングと同様に船首部が折れる大事故が過去に発生している。
この対策として、船首部船底をV字型にして水面から受ける衝撃を斜め方向に受け流すようにする設計が高速船に行なわれている。
船体設計での重要事項.
復原性.
単胴船での船体設計時に最も重要な要素に「復原性」（Stability）
がある。復原性とはたとえ一度は船体が傾いても、転覆せずに正常位置に復帰出来る性能である。
搭載物を含めた船体重心の位置が浮力の中心より低いことで復原性が生じる。大きな帆を備えるヨットでは船底の最も下部に重い重りとなるキールを持つために横風を受けて傾いてもすぐに元に戻ることが出来るのも重心が浮力中心に比べて十分に低い為である。
ヨットのような特殊な船型をしていない場合には、船の長さを幅に対してあまりに長細くすると容易に転覆してしまい復原する前に浸水する危険があるため、細長い船型には限界がある。
復原力曲線.
設計した船体が復原する力は復原力曲線によって表される。復原力曲線は船体の復原てこ（GZ）が縦軸に傾斜角度が横軸になり、それぞれの傾斜ごとでの復原てこがいくらになるかが示され、船体の戻りやすさと転覆の危険度が読み取れるようになっている。
復原力曲線のグラフ上の面積が排水量当りの動復原力を示し、船を転覆させるには復原てこ（GZ）が正の値をとる面積分のエネルギー（動復原力）が波浪などから船体に加えられる必要がある。
復原性に対する自由水影響.
浸水時などで船内に流動性のある水があると船体の傾きによって低いほうへとその水が流れるためにさらに復原性を失わせるため転覆する可能性が増すことになる。こういった現象を復原性に対する「自由水影響」と呼ぶ。タンカーでのスロッシング (Sloshing) もローリングを増幅することがあり危険であるため、油槽内はいくつかに仕切られている。
荷崩れによる危険性.
貨物船などでは、搭載物が船の揺れや傾きによって片舷に寄ると、設計時の意図しない形で重心が偏るため、搭載物の固定は復原性を確保するのに重要である。特に穀物や粉体等の擬似的に流動性を持つ貨物は、船艙内であまり自由な運動を許すと船が波浪などで傾いた時に突然流動性を帯びて荷崩れを起こし復原性に対する「自由水影響」と同様の効果によって船の安定を著しく損なう場合がある。
専用運搬船では設計段階から船艙上部の隅をあらかじめ三角形の壁面で構成して荷崩れでの影響をあまり受けないようにしているが、それも8-10割程度の積載時の場合にしか効果はなく、全船艙に半分ずつ均等に積載するようなことはなるべく避けて、満載と空虚を交互に配置するような方法をとるのが普通である。これにより安全と共に、積み卸しとその後の清掃の手間がいくぶん省けるが、船体に剪断力が加わることになる。
水密区画.
21世紀現在、新たに建造されるすべての大型船では、船体内部は船底から上甲板へ達する水密隔壁により多数の水密区画に分割されていて、浸水時にも浸水範囲を限定することで浮力を大きく失わないようにしている。また、船底は「二重底」（Double Bottom）になっており、万が一、座礁などで浸水が始まっても沈没しないだけの必要な浮力を温存することや、たとえ多数の水密区画が浸水するような重大な事故においても出来るだけ長い避難時間を稼げるように考慮されている。
振動対策.
船体に振動が起きると金属疲労による安全性の低下や居住性の悪化を招くため、船体起振力（Hull vibration）は出来るだけ抑えなければならない。
船体起振力は「プロペラ誘導起振力」と「機関誘導起振力」より成る。
船舶以外.
貨物の出し入れと乗務員や旅客の乗り降りする側をポートサイド（左舷）とする慣習は航空機にも継承されている。小型の航空機は左側のみにドアを設置する設計が多く、大型機では非常口を含め左右両側にドアが設置されているが、基本的に左側のドアのみを使用する。空港のボーディングブリッジも通常は機体左側のみに接続される。
国際宇宙ステーションでは基幹構造であるトラスの名称として「S1」「P1」などが付けられるが、これは右舷(starboard side)、左舷(port side) からきている。また「Z1トラス」は「天頂」(zenith) からきている。