本发明提供一种复合材料上层建筑与钢质主船体的机械连接结构，包括上层建筑下围壁的复合材料板、下支撑件、上连接件、长杆螺栓和短杆螺栓；复合材料板设有向船体内折的折边；下支撑件与钢制主船体固定连接；上连接件设置在折边上，上连接件上表面、上连接件内侧表面、复合材料板内侧、及折边露出部分均糊制有密封复合材料层，使上连接件固定在折边上；上连接件、折边和下支撑件上均设有连通的通孔，通孔中填有增强复合材料后，再通过长杆螺栓将上连接件、折边和下支撑件固定连接；下支撑件的外表面糊制有与复合材料板连接的复合材料挡水板，复合材料挡水板与下支撑件通过短杆螺栓连接。采用本发明能提高连接的可靠性，承受的载荷更大。