IC工厂的防微振设计和施工监理

IC工厂的防微振设计和施工监理只有深刻地从设计角度理解防微振的重要性和原理、方法，才能在施工及监理中把握质量控制的重点，并进一步在处理各专业变更及其他技术问题时充分考虑对防微振的影响。由于监理的重点往往也是设计中的考虑，因此以下仅对设计中的防微振技术和方法进行介绍，监理工程师从中可以找到监理工作中的重点和理论依据。（1）防微振阶段设计程序。由于防微振的微振动量是很小的，影响微振动量的因素多而且变化大，为了保证工程设计达到防微振指标，必需进行分阶段设计，才能使工程设计具有成功的最大可能性。IC工厂防微振设计带有一定的风险性，为了把风险降至最低，使成功率最大化，就必须有一套设计程序加以保证，根据实践经验，IC工厂防微振应遵守的设计建造程序如图所示。图防微振工程设计程序其特点是：1）防微振设计是分阶段进行的，只有这样才能保证工程成功的最大可能性。2）强调依靠在工程建造各阶段的微振动实测，取得真实数据来指导防微振设计。实践证明，这一设计程序是行之有效的，不遵守这一程序往往会使工程有缺陷进而导致工程无法正常使用，这种例子已屡见不鲜。（2）应着重考虑的若干问题。1）底板。IC工厂前工序厂房位于以下的地面一般设计为厚重的钢筋混凝土底板，这种厚重的底板能明显减弱外界传来的振动，因为它质量大（厚重），而且由于它和下层土壤紧密接触，刚度大，且有较好的阻尼值，因此具有良好的减振效果。以南方某工程为例，底板厚800mm，当底板施工完，上部结构未建造时，在平常微动及附近有车辆经过时同时测试土层及底板顶面振动，并将测试结果进行对比，其结果是：在4～8Hz的频段，振动减弱了56%～75%，而＞8Hz的频段，振动减弱了85%以上。应该指出，IC前工序厂房的底板厚度问题，不仅与所制造芯片的加工最小尺寸有关，而且与工程地质、周围振源状况都有密切关系，因此不可能是一个定值，但可以有一个大致范围。表是根据工程设计经验底板厚度可参考的范围。表工厂前工序厂房底板厚度VC曲线等级加工最小尺寸（μm）振动速度值（μm/s）底板厚度（mm）备注～～～～1000还应指出，底板底面与土壤层应紧密接触，这样会将使土壤与底板共同工作，有效减弱了振动能量。在软弱地层地区，如我国南方的淤泥质土层，常为非固结状态，为防止土层的下陷，采用加固地基土形成复合地基，将有效阻止土层下陷，保证底板与土层的共同工作，实践证明具有良好的效果。针对工艺区底板与周围支持区底板之间是否需要设隔振缝，往往一些片面的认识误导了设计。一般认为，只要设缝或基础周围设隔振沟，就能起隔振作用。但理论研究和实践证明，表面波（瑞雷波）在土层的传播性质，其垂直与水平向是随深度的增加而衰减，这种衰减与土壤特性有着密切关系。实践证明，当隔振缝（沟）的深度时，垂直向振动才开始衰减，LR为表面波波长。例如，某地区土层表面波波速CR=128m/sec，对于频率为12Hz的振动波（常见的汽车振动影响），其波长为，缝（沟）深应为，这样深的缝（沟），不仅构造困难，造价也高，IC前工序厂房底板厚度在400～1000mm时，隔振缝至多也只是这个深度，这种深度是很难使传来的振动有所衰减的，也就是说，用隔振缝（沟）?来减弱最常见的中、低频振动基本是无效的。以南方某IC工厂为例，隔振缝深800mm，在缝的两侧同时记录振动，测试结果见表。表底板隔振缝两侧振动值对比测点位置Vrms(mm/s)ZXY备注支持区底板上---3工艺区底板上---3另一个例子是某工程3个大块式混凝土防微振基础，四周为防振沟，沟深1500mm，在基础上及沟外地面上测得振动值结果见表。表防微振基础隔振沟两侧振动值对比测点位置Vrms(mm/s)ZXY备注防微振基础顶面---3地面上--00×10-3图是该工程防微振基础顶面与地面时域振动波形的对比，可以看出是没有隔振作用的。图隔振沟两侧时域振动波形对比这类带隔振沟的防微振基础，由于顶部没有约束，其顶面振动值往往大于地面振动值，呈“放大”作用。因此，不建议采用隔振缝或慎用隔振沟这类防微振措施。2）建筑上部结构——防微振结构。IC前工序厂房上部防微振结构形式多样，归纳起来为两类，即钢筋混凝土结构与钢结构。防微振结构的典型布置见图。图前工序厂房剖面钢筋混凝土结构可分为A型密助梁式平台，B型平板式平台，C型井字梁式平台，可见图～图。图型平台图型平台钢结构可分为D型型钢梁式平台，E型型钢混凝土梁式平台，分别见图和图。图型平台图型平台图型平台有时，在平台下的立柱之间，还设防微振墙或支撑，以减弱水平振动影响。上部防微振结构有如下问题需要研究与思考。上部结构的柱网及构件尺寸。柱网及构件尺寸应满足静力计算、工艺需要及防微振要求。关于防微振需要，可以通过计算，即采取结构建模并输入环境振动信息，计算结构的响应。然而，由于结构边界条件的复杂还无法计算出较为准确的结果，计算结果只能为定性依据，构件尺寸的确定主要依靠经验。混凝土结构与钢结构的比较。两种结构方案都是可行的，但我们可作如下的比较：（a）钢结构施工工期短，但工程造价高，据分析钢结构比混凝土结构造价要高40%～50%。（b）钢筋混凝土结构刚度大，阻尼值高（阻尼比为～）能有效减弱振动影响，而钢结构则相反。以南方某工程IC前工序厂房为例，采用型钢梁式平台，在地面（）与型钢平台格栅板上测得的结果见表。表时域振动值UDEWSN地面型钢平台格栅板上地面型钢平台格栅板上地面型钢平台格栅板上振动速度-----10-2与地面振动值之比值而对于采用了钢筋混凝土平台的南方另两个工程，其地面与平台面在水平向的振动速度比较见表。表水平向振动速度值对比工程平台振动速度/地面振动速度厂房短向厂房长向备注南方A工程有防微振墙南方B工程无防微振墙可以看出，钢筋混凝土平台在水平向的振动值基本不增大（有防微振墙）或增大较少（无防微振墙），而型钢平台，水平向的振动值要比地面大数倍。因此，精密设备可直接置于钢筋混凝土平台上，而不能直接放在型钢平台上，必须另设独立基础放置精密设备，并且与型钢平台脱开。防微振墙。在底层部分柱间设置防微振墙或支撑，其目的是增大防微振结构水平向的刚度，减弱平台水平向振动，设置防微振墙的结构，平台水平向振动基本不增大，而不设防微振墙的结构，水平向振动增大了25%～28%，可见防微振墙对减弱平台水平向振动有明显作用。设置防微振墙，所增加的工程造价是极有限的。安装精密设备的独立基础。由于钢结构平台上无法安装精密平台，因此必须设置独立基础来安装精密设备。这种高质心的独立基础，往往顶面的振动大于底部振动。图是某工程安装精密设备的独立基础的振动实测结果，在频谱图上看到，在水平向，基础顶面振动明显大于地面，这对精密设备十分不利，为此，往往需要在精密设备与独立基础间，增设隔振措施，以弥补独立基础的缺陷，如图所示。图独立基础频谱对比图图独立基础上设置隔振措施（3）动力设备及管道的隔振措施。IC前工序厂房内的动力设备，包括冷水机组、空调机组、空压机组、风机、泵等，都将是厂房内的振源，这往往是精密设备振动影响的主要成分，因此，必须采取措施减弱其振动。最主要的措施就是对这些设备采取高效能隔振措施，对于个别振动较大的动力设备，可采取双级隔振措施，根据经验，采用一级隔振方案，能隔除80%～85%的振动，而双级隔振方案，能隔?除95%的振动。对于振动较大的管道，如风管，则应采用隔振吊架安装。值得注意的是，FFT往往也是一种振源，必须选用动平衡好、振动小的FFT，并需严格控制安装误差，否则，将有可能成为洁净室的振动危害。为了隔除振动，有时对安装于屋顶的冷却塔也进行隔振，图就是一工程实例。（4）精密设备的隔振措施。IC前工序厂房土建竣工，厂房内动力设备安装完毕并试运行时，需测试精密设备位置处的振动值，以判断是否满足要求，当不能满足要求时，应对精密设备采取隔振措施。1）采用隔振器或隔振装置隔振。在精密设备与平台之间，设置隔振器或隔振装置，较理想的隔振元件是空气弹簧隔振装置，装置由空气弹簧隔振器、阻尼器、高度控制阀及控制柜组成，气源可利用厂房内已有的洁净压缩空气，隔振器与精密设备之间设置台座。图为其隔振安装示意图。2）刚性阻尼平板。采用钢构架内填高阻尼介质的平板对减弱精密设备的振动影响有一定作用，这种装置只适合于振动超标值不大的场合。3）主动控制。对于纳米级加工的精密设备及检测设备，对振动极为敏感，首先应采取隔振措施，消除平台或地面传来的振动，还要减弱或消除直接加于精密设备上的振动，例如，图冷却塔隔振图隔振安装室内空气扰动及声压变化对精密设备产生的作用力而产生的振动，以及精密设备自振、精密设备部件移动或反向运动时产生的振动（包括冲击）等，对于这类直接施加于精密设备的惯性力并由此引起的振动，必须采用主动控制系统来加以解决。经过多年的研发，主动控制系统已达到实用阶段，主动控制系统由数据采集、分析、控制、作动等装置组成，它能有效减弱精密设备的微振动，使之正常运行。由于主动控制系统价格昂贵，因此只有那些对振动极敏感的精密设备才考虑使用。设计防微振新理念由于高新技术的飞速发展，各种防微振新结构、新材料、新装置、新措施的不断涌现，IC厂房防微振也必须更新理念。新理念主要表现在如下几点：（1）适当减弱建筑结构本身（底板及上部结构）的防微振措施，改变为了某些精密设备防微振而建造大范围（几乎全部）满足防微振要求的建筑结构的理念。由此可减少大量投资。（2）对某些要求高的精密设备采用高效、高可靠的隔振装置进行隔振。一般精密设备采用刚性阻尼板、高性能隔振平板等措施。对个别防微振要求极高的精密设备，采用主动控制系统。这些措施体现了区别对待、突出重点、投资省、多受益的设计理念。（3）遵守边建造、边测试、边完善设计的阶段设计的程序。