引言
当前世界正处于高速发展时期，高科技领域越来越成为各个国家的重点发展对象，其中航天应用、半导体制造、电路集成、新能源、芯片制造产业发展势态尤其迅猛，而这些领域都离不开精密设备和精密加工。精密设备对使用环境要求极高，如室内温度、洁净度、静电、粉尘、环境振动水平等，任何一个外界因素不达标，都会造成精密仪器运用困难。其中环境振动对精密仪器的影响尤其大，恶劣的动力环境会对精密设备产生不良影响，设备长期处于恶劣的动力环境下还会影响仪器的使用寿命。因此为了保护精密设备的生产使用，结构设计必须考虑结构既能满足承载力的要求，又要满足微振动环境的要求，采用合理的结构体系及构件截面，形成抑制微振动环境，是电子厂房结构设计的关键。
1 精密仪器的通用振动标准
表1 精密仪器振动标准的一般规定和适用仪器
目前应用最多的精密仪器振动标准是利用三分之一倍频程而来的通用振动标准，即VC标准。近些年以来，随着对仪器振动要求的加强和精密仪器精度的提高，相继提出了VC-F和VC-G这两级，如表1所示。许多仪器采用被动隔振，振动标准对低频振动控制更加严格。
2 工程算例
2.1工程概况
某电子厂房位于山东省，拟建电子厂房为三层混凝土框架结构，柱跨度为9-10.7m。厂房内一层至三层布置数台精密加工设备，根据精密加工设备的防微振需求，生产加工区的振动水平需满足设备振动容许标准VC-C水平，厂房的竖向及横向构件，需根据防微振等级水平进行防微振设计，以使厂房满足紧密加工设备使用需求，确保正常工作。
2.2动力响应分析
根据拟建电子厂房结构设计，竖向构件、横向构件、荷载等原始条件，建立SAP2000有限元模型，有限元模型如图1所示。
图1 有限元模型
将实地测试测得的场地三向加速度作为激励输入到结构中，在整体进行动力响应分析，得到生产区位置处的楼盖的速度响应。提取包络速度最大点进行三分之一倍频程分析，评价是否满足VC-C振动标准。
2.3三向振动响应
提取某一点的三向速度进行评价，水平向及竖向振动评价表明，水平向远小于VC-C振动水平，竖向振动远大于VC-C振动水平，如图2所示。电子厂房的微振动控制通常以竖向振动为主，往往仅考虑竖向振动，但在振源复杂的情况下，水平向的振动有可能也起到控制效果，需根据具体振源具体分析。
图2 某点三向振级曲线对比 图3振动VC曲线
2.4结构微振动优化
由图2可知，在场地实测数据的动力响应下，结构不满足VC-C振动容许标准，所以需对原结构设计的梁、板、柱进行优化设计。调整模型构件尺寸及布置，动力特性也会相应的变动，需不断进行动力响应分析及振动评价找出最优的构件尺寸及构件体系。
原有结构设计采用传统主次梁结构布置，板厚140mm,对于无振动要求厂房而言是满足的，但是对于有微振动需求的电子厂房是不满足的。修改板尺寸，依次修改为200mm、250mm、300mm、600mm，对比板厚对本项目微振动控制的影响。结果表明在板厚600mm时结构满足VC-C振动水平。但600mm板厚过厚，实际应用不合理，继续进行梁构件的优化。在每个主梁包围的区格内，依次建立井字梁、十字梁、双梁，梁尺寸为400*800mm，结果显示井字梁的微振动控制效果最优，梁板构件进行组合，最终采用400*800mm井字梁 +300mm楼板的结构形式。
原有结构设计二、三层柱构件截面尺寸小于一层，但二、三层楼板的动力响应会大于一层，在采用400*800mm井字梁 +300mm楼板结构形式的前提下，仍不能满足VC-C振动水平。在此情况下，进行柱截面优化，将二、三层柱构件截面调整为同一层的900*900mm、C40等级，结果表明此时结构满足VC-C振动水平。优化后各数据点的VC曲线如图3所示。
结语
通过对电子厂房动力响应的优化及分析中，得出以下结论：
（1）电子厂房的微振动以竖向振动为主，竖向振动为控制因素，根据振源的不同也存在个别水平向振动明显的情况。
（2）电子厂房宜采用井字梁 +厚楼板的结构形式，构件尺寸根据场地振动情况、振动控制目标及承载力要求确定。有通风需求的区域也会采用华夫板的结构形式。
（3）电子厂房的柱构件的截面尺寸应尽可能增大，越高的振动需求柱截面应越大，且一层往上楼层也有振动水平需求时，上部楼层柱截面尺寸应大于等于一层。
文中所提具体的结构微振动设计措施可为同类型建筑的微振控制提供参考。除了在设计电子厂房，在其他涉及精密制造的结构设计领域也同样适用。
参考文献
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