Устройство монолитного перекрытия: Устройство монолитных перекрытий — основные правила и расчет

Содержание

Устройство монолитных перекрытий — основные правила и расчет

Самым надежным (но не всегда целесообразным) вариантом междуэтажного перекрытия является монолитное перекрытие. Оно выполняется из бетона и арматуры. О правилах устройства монолитных перекрытий читайте в этой статье. Разбор характеристик  видов и применения, устройства монолитных перекрытий.

 

Содержание

  1. В каких случаях нужно именно устройство монолитных перекрытий
  2. Определение требуемой толщины монолитного перекрытия
  3. НДС перекрытий
  4. Армирование монолитного перекрытия. Продольное и поперечное армирование
  5. Расчет монолитного перекрытия пример
  6. Толщина монолитного перекрытия

В каких случаях нужно именно устройство монолитных перекрытий

Монолитное железобетонное перекрытие является самым надежным, но и самым дорогим из всех существующих вариантов. Следовательно, необходимо определить критерии целесообразности его устройства. В каких же случаях целесообразно устройство монолитных перекрытий?

  1. Невозможность доставки/монтажа сборных железобетонных плит. При условии осознанного отказа от других вариантов (деревянное, облегченное Terriva и т.п.).
  2. Сложная конфигурация в плане с “неудачным” расположением внутренних стен. Она в свою очередь не позволяет разложить достаточное количество серийных плит перекрытия. То есть требуется большое количество монолитных участков. Затраты на подъемный кран, и на опалубку не рациональны. В этом случае лучше сразу переходить к монолиту.
  3. Неблагоприятные условия эксплуатации. Очень большие нагрузки, крайне высокие значения влажности, не решаемые полностью гидроизоляцией (автомойки, бассейны и т.д.). Современные плиты перекрытия обычно выполняют предварительно напряженными. В качестве армирования применяют натянутые стальные тросы. Их сечение в виду очень высокой прочности на растяжение очень небольшое. Такие плиты крайне уязвимы для коррозионных процессов и  характерны хрупким, а не пластичным характером разрушения.
  4. Совмещение функций перекрытия с функцией монолитного пояса. Опирание сборных железобетонных плит непосредственно на кладку из легких блоков, как правило, не допускается. Необходимо устройство монолитного пояса. В тех случаях, когда стоимость пояса и сборного перекрытия идентична или превышает цену монолита, целесообразно остановиться именно на нем. При опирании его на кладку с глубиной, равной ширине пояса, устройство последнего обычно не требуется. Исключение могут составить сложные грунтовые условия: просадочность 2-го типа сейсмическая активность закарстованность и т.д.

 

Определение требуемой толщины монолитного перекрытия

Для изгибаемых плитных элементов, за десятилетия опыта применения железобетонных конструкций, опытным путем определено значение – отношения толщины к пролету. Для плит перекрытия оно составляет 1/30. То есть при пролете 6м оптимальная толщина составит 200мм, для 4,5мм – 150мм.

Занижение или наоборот, увеличение принимаемой толщины возможно исходя из требуемых нагрузок на перекрытие. При низких нагрузках (к нему относится частное строительство) возможно уменьшение толщины на 10-15%.

 

НДС перекрытий

Для определения общих принципов армирования монолитного перекрытия необходимо понять типологию его работы посредством анализа напряженно-деформированного состояния (НДС). Удобнее всего это сделать с помощью современных программных комплексов.

Рассмотрим два случая – свободное (шарнирное) опирание плиты на стену, и защемленное. Толщина плиты 150мм, нагрузка 600кг/м2, размер плит 4,5х4,5м.

Прогиб в одинаковых условиях для защемленной плиты (слева) и шарнирно опертой (справа).

Разница в моментах Мх.

Разница в моментах Му.

Разница в подборе верхнего армирования по Х.

Разница в подборе верхнего армирования по У.

Разница в подборе нижнего армирования по Х.

Разница в подборе нижнего армирования по У.

Граничные условия (характер опирания) смоделированы наложением соответствующих связей в опорных узлах (отмечены синим цветом). Для шарнирного опирания запрещены линейные перемещения, для защемления – ещё и поворот.

Как видно из диаграмм, при защемлении работа приопорного участка и средней области плиты существенно отличается. В реальной жизни любое железобетонное (сборное или монолитное) является как минимум частично защемленным в теле кладки. Этот нюанс важен при определении характера армирования конструкции.

 

Армирование монолитного перекрытия. Продольное и поперечное армирование

Бетон отлично работает на сжатие. Арматура – на растяжение. Объединяя два этих элемента, мы получаем композитный материал. Железобетон, в котором задействуются сильные стороны каждой составляющей. Очевидно, что арматура должна быть установлена в растянутой зоне бетона и воспринять собой растягивающие усилия. Такую арматуру называют продольной или рабочей. Она должна иметь хорошее сцепление с бетоном, в противном случае он не сможет передать на неё нагрузку. Для рабочего армирования применяют стержни периодического профиля. Обозначаются они A-III (по старому ГОСТу) или А400 (по новому).

Расстояние между арматурными стержнями – это шаг армирования. Для перекрытий его обычно принимают равным 150 или 200 мм.
В случае защемления в приопорной зоне возникает опорный момент. Он формирует растягивающее усилие в верхней зоне. Поэтому рабочую арматуру в монолитных перекрытиях располагают как в верхней, так и в нижней зоне бетона. Особое внимание следует обратить на нижнее армирование в центре плиты, и верхнее у её краев. А также в области опирания на внутренние, промежуточные стены/колонны, если они есть – именно здесь возникают наибольшие напряжения.

Для обеспечения требуемого положения верхнего армирования при бетонировании применяют поперечное армирование. Оно располагается вертикально. Может быть в виде поддерживающих каркасов или специальным образом согнутых деталей. В несильно нагруженных плитах они выполняют конструктивную функцию. При больших нагрузках поперечное армирование вовлекается в работу, препятствуя расслаиванию (растрескиванию плиты).

В частном строительстве в плитах перекрытия поперечная арматура обычно выполняет сугубо конструктивную функцию. Опорная поперечная сила (сила “среза”) воспринимается бетоном. Исключением является наличие точечных опор – стоек (колонн). В этом случае понадобится расчет поперечного армирования в опорной зоне. Поперечная арматура, как правило, предусматривается с гладким профилем.

Обозначается он A-I или А240.

Для поддержания верхнего армирования при бетонировании наибольшее распространение получили гнутые П-образные детали.

Монтаж арматуры перекрытия.

Заливка перекрытия бетоном.

 

Расчет монолитного перекрытия пример

Ручной расчёт требуемого армирования несколько громоздок. Особенно это касается определения прогиба с учетом раскрытия трещин. Нормы допускают образование в растянутой зоне бетона трещины с жестко регламентируемой шириной раскрытия. На глаз они совершенно не заметны, речь о долях миллиметра. Проще смоделировать несколько типичных ситуаций в программном комплексе, выполняющем расчёты строго в соответствии с действующими строительными нормами.  Как же произвести расчет устройства монолитных перекрытий?

В расчёте приняты следующие нагрузки:

  1. Собственный вес железобетона с расчётным значением 2750кг/м3 (при нормативном весе 2500кг/м3).
  2. Вес конструкции пола 150 кг/м2.
  3. Полезная нагрузка 300 кг/м2.
  4. Вес перегородок (усредненный) 150 кг/м2.

Общий вид расчетной схемы.

Схема деформации плит под нагрузкой.

Эпюра моментов Му.

Эпюра моментов Мх.

Подбор верхнего армирования по Х.

Подбор верхнего армирования по У.

Подбор нижнего армирования по Х.

Подбор нижнего армирования по У.

Пролеты принимались равными 4,5 и 6 м. Продольное армирование задано:

  • арматурой класса А-III,
  • класс бетона В25,
  • защитный слой 20мм

 Так как площадь опирания плиты на стены не моделировалась, результаты подбора арматуры в крайних пластинах допускается проигнорировать. Это стандартный нюанс программ, использующих метод конечных элементов для расчёта.

Обратите внимание на строгое соответствие всплесков значений моментов со всплесками требуемого армирования.

Толщина монолитного перекрытия

В соответствии с выполненными расчетами можно порекомендовать, для устройства монолитных перекрытий,  в частных домах толщину  перекрытия 150мм, для пролетов до 4,5м и 200мм до 6м. Превышать пролет в 6м нежелательно. Диаметр арматуры зависит не только от нагрузки и пролета, но и от толщины плиты. Устанавливаемая зачастую арматура диаметром 12мм и шагом 200мм сформирует существенный запас. Обычно можно обойтись 8мм при шаге 150мм или 10мм с шагом 200мм. Даже это армирование едва ли будет работать на пределе. Полезная нагрузка принята на уровне 300кг/м2 – в жилье её может сформировать, разве что, крупный шкаф полностью заполненный книгами. Реально действующая нагрузка в жилых домах, как правило, существенно меньше.

Общее требуемое количество арматуры легко определить исходя из усредненного весового коэффициента армирования 80кг/м3. То есть для устройства перекрытия площадью 50м2 при толщине 20см (0,2м) понадобится 50*0,2*80=800кг арматуры (примерно).

При наличии сосредоточенных или более существенных нагрузок и пролетов, применять указанные в данной статье диаметр и шаг арматуры для устройства монолитного перекрытия нельзя. Потребуется расчет для соответствующих значений.

Видео:  Основные правила устройства монолитных перекрытий
монолитные перекрытия

Устройство железобетонных монолитных перекрытий, плюсы и минусы / ГарантСтройГрупп


Монолитное железобетонное перекрытие — это перекрытие, которое изготавливается непосредственно на строительной площадке. Для этого используются такие строительные материалы, как опалубка, арматура и бетон.

Технология изготовления состоит из пяти этапов:

1. Установка опалубки (см. отдельная статья):

Для устройства опалубки монолитного железобетонного перекрытия необходимы такие элементы как треноги, стойки телескопичкские, ригели (могут быть заменены на обычный деревянный брус 100*100м), унивилки и фанера ламинированная.


2. Устройство арматурного каркаса (см. отдельная статья)

Монолитная железобетонная плита перекрытия армируется двойной сеткой (верхняя и нижняя) с использованием поддерживающих каркасов (змейки или лягушки). Класс арматуры для верхней и нижней сеток применяется А-III (А400), а диаметр следует подбирать в соответствии с проектом, но для частного домостроения и небольших пролетах (до 6м) Ø12 с шагом 200мм будет вполне достаточно.


3. Бетонирование (см. отдельная статья)

Марку бетона для монолитной плиты перекрытия, как и для прочих несущих конструкций следует применять, руководствуясь проектными решениями. Обычно это М300, но мы бы рекомендовали применять М350. Бетонирование может вестись двумя методами: кран-бадья и при помощи автобетононасоса (см. тут). Бетонную смесь необходимо уплотнять глубинным вибратором.


4. Уход за бетоном (см. тут)

При необходимости уложенную бетонную смесь следует греть при низких температурах (см. тут) во избежание замерзания бетона или поливать водой при жаркой погоде что бы не допустить появления трещин на поверхности плиты

5. Снятие опалубки

Срок снятия опалубки регламентируется различными актами. В частности, СНиП 3.03.01-87 содержит пункт, согласно которому снятие опалубки с несущих и ограждающих конструкций (а именно к ним относятся перекрытия) может осуществляться при наборе бетоном 70 % от марочной прочности. При надлежащем обосновании, данный показатель может быть снижен до 50 % (отсутствие нагрузок, например).

В целом, в зависимости от марки бетона, набор им 70 % прочности может занять от 2 до 16 дней. Скорость набора прочности так же зависит от температуры: чем холоднее, тем медленнее будет идти данный процесс.

В большинстве случаев, практически любой бетон обретает достаточно прочности для выполнения дальнейших работ на 21- 28 день. Впрочем, дожидаться этого момента для снятия опалубки не обязательно. Что касается перекрытий, то оптимальным считается срок снятия опалубки в 3-5 дней. При этом нагружать перекрытия настоятельно рекомендуется не раньше, чем через 21 день.

При выполнении строительства в зимний период, стандартные нормативы не действуют. В этом случае, необходимы расчеты на месте, исходя из которых и определяется срок снятия опалубки.


Преимущества монолитного перекрытия

  • Монолитные перекрытия подходят для дома любой конфигурации независимо от ширины пролетов (можно использовать различные нестандартные формы). В то время как сборные железобетонные плиты выпускаются определенных типовых размеров, то есть с определенной шириной и длиной , поэтому и здание необходимо проектировать согласно этим размерам.
  • Монолитное перекрытие толщиной 15 см практически полностью подавляет воздушный шум.А в деревянном перекрытии прокладка звукоизоляции является обязательной его частью.
  • Монолитные перекрытия по праву можно назвать самыми прочными и долговечными. Конечно если технология возведения полностью соблюдена.
  • Монолитные перекрытия дают возможность делать выносы для балконов, терасс любой формы без установки дополнительных опор, что невозможно достичь с помощью сборных ж/б плит.
  • Нижняя поверхность монолитных перекрытий является гладкой и для ее оформления достаточно незначительного слоя штукатурки — в сборных же высока вероятность появления трещин на стыке плит, да и плиты порой бывают не идеальных и не одинаковых размеров от стандарта.
  • Под монолитное перекрытие не нужно заливать армопояс, поскольку часть перекрытия опирающаяся на стены по сути им и является.

Недостатки монолитного перекрытия

  • К недостаткам можно отнести разве что относительную дороговизну в сравнении со сборным железобетоном. И конечно монолитное перекрытие намного дороже деревянного.

Вернуться назад

Монолитные изделия и производство | Monolithic.org

Monolithic разрабатывает, производит и продает основной компонент, используемый при строительстве монолитных куполов, креносфер и экооболочек: Airform. Это надувная конструкция из нейлоновой или полиэфирной ткани с ПВХ-покрытием, которая определяет форму и размер купола.

Другие наши специальные тканевые конструкции включают покрытия для компоста, покрытия для зерна, потолки для сбора конденсата, вкладыши для резервуаров для метана, диафрагмы для резервуаров для воды и натяжные брезентовые покрытия.

Мы также проектируем и производим машины, оборудование, инструменты и продукты, особенно подходящие для использования в строительстве монолитных куполов или в общем строительстве.

Монолитная авиаформа

Процесс строительства Monolithic требует Airform. Это неотъемлемая часть каждого монолитного купола, монолитной кабины, экооболочки и креносферы. Монолитная аэроформа представляет собой надувную конструкцию, похожую на воздушный шар, которая определяет форму и размер купола. Он изготовлен из нейлоновой или полиэфирной ткани с ПВХ-покрытием, доступен в нескольких вариантах плотности и во всех цветах радуги. Каждая монолитная авиаформа разрабатывается для конкретного проекта и производится на нашем заводе Bruco площадью 240 футов × 60 футов, оснащенном самым современным оборудованием. В Bruco Monolithic также проектирует и производит другие специальные тканевые конструкции, такие как покрытия для компоста, покрытия для зерна, конденсатные потолки, вкладыши для метановых цистерн, диафрагмы для водяных цистерн и натяжные брезентовые покрытия.

Бетононасосы

Доступный, простой в обслуживании, портативный — вот лишь несколько слов, чтобы описать преимущества наших перистальтических бетононасосов. Мы разработали три разные модели нашего бетононасоса специально для использования в строительстве куполов.

Бетономешалки

Монолитный переносной бетоносмеситель выводит термин «переносной бетоносмеситель» на совершенно новый уровень. Все торкрет-компании, независимо от того, строят они монолитные купола или нет, должны иметь монолитный портативный смеситель. Даже на больших работах, которые обслуживаются автобетоносмесителями, удивительно, насколько полезно иметь монолитный переносной миксер на мини-погрузчике.

Представляем Quickshot

Этот ручной торкрет-распылитель отличается простотой загрузки и удивительно высокой производительностью. Мы использовали его для распыления ряда небольших проектов, и его быстрая и эффективная конструкция сэкономила нам время и деньги. Его цельностальная конструкция означает, что он прослужит долго и станет хорошей инвестицией.

Любимые вещи Monolithic

Мы всегда в поиске вещей , которые каким-то образом делают жизнь безопаснее или приятнее. Эти находки не обязательно имеют какое-либо отношение к куполам. Это просто приятные вещи, которые каким-то образом улучшают нас или наше окружение.

Другие продукты Airform

Нажмите здесь, чтобы увидеть другие продукты Airform.

Аксессуары для купольных зданий

У нас есть аксессуары – в частности, аксессуары, которые могут сделать строительство монолитного купола проще, быстрее или лучше. У нас также есть аксессуары, предназначенные для улучшения готового монолитного купола.

Монолитные планы этажей

Для купольного дома вашей мечты в нашей библиотеке есть планы этажей самых разных размеров и форм. Этот диапазон размеров включает в себя небольшие уютные коттеджи, а также просторные и эффектные замковые владения и все, что между ними. Но хотя размеры и формы могут различаться, преимущества дома с монолитным куполом остаются неизменными. В дополнение к долгосрочной экономии наши экологически чистые монолитные купола обеспечивают энергоэффективность, защиту от стихийных бедствий и многое другое. На этом веб-сайте есть инструменты и сотни статей, связанных с проектированием куполов. Кроме того, в нашем штате есть профессионалы с опытом и знаниями, которые помогут вам спроектировать точный план этажа, который вам нужен и в котором вы нуждаетесь.

Покрытия

Люди часто спрашивают, можно ли и чем покрыть открытую внешнюю поверхность Airform, покрывающую монолитный купол. Ответ «да». На Airform можно наносить несколько протестированных нами продуктов. В этом разделе вы можете прочитать об этих продуктах, процедуре их применения и исследованиях, которые мы провели.

СМИ

За годы работы Институт монолитных куполов выпустил десятки книг, видео и DVD. К ним относятся сотни планов по проектированию монолитного дома мечты, школы, церкви, спортзала — практически любой конструкции для любого использования. В нашей библиотеке также есть учебные материалы по строительству куполов и справочные материалы по пенополиуретану и строительству тонких бетонных оболочек.

Окна, двери и проемы

Дизайнеры Monolithic осознают важность проемов, запланированных для купола. Итак, в статьях этого раздела обсуждаются плюсы и минусы различных стилей окон и дверей, нормы кодов, оконные и дверные проемы, разработанные специально для монолитных куполов и т. д.

Аренда продукции

С того момента, как мы построили первый монолитный купол в 1976 году, мы знали, что для строительства купола с использованием наших технологий и методов потребуются определенные инструменты и оборудование. Поэтому на протяжении многих лет мы разрабатывали машины и оборудование, специально подходящие для строительства монолитных куполов. Мы также протестировали сотни продуктов, которые уже были доступны. Теперь вы можете арендовать многие из этих практичных продуктов.

Изделия для внутренней отделки

Продукты, которые вы выбираете для внутренней части вашего монолитного купола, могут повысить ваш комфорт и чувство безопасности. В Monolithic мы постоянно покупаем, исследуем и тестируем различные устройства, которые, согласно их рекламе, предназначены для улучшения повседневной жизни. Мы часто отвергаем и выбрасываем такие предметы. Но те, которые мы находим полезными и соответствующими рекламируемым заявлениям, мы продолжаем использовать в наших собственных купольных домах и наших бизнес-объектах. Теперь мы рекомендуем и предлагаем эти продукты нашим клиентам. Они включают, помимо прочего, автоматические устройства для контроля качества и влажности воздуха в помещении, вентиляторы с рекуперацией энергии (ERV) и нагреватели горячей воды по требованию. Пожалуйста, найдите время, чтобы просмотреть наш выбор. Возможно, вы захотите включить один или несколько из них в свои планы строительства.

Подпишитесь на БЕСПЛАТНОЕ 14-шаговое руководство по началу работы с монолитными купольными домами

Эл. адрес:

Cliffdome — тогда и сейчас

В 1978 году президент Monolithic Дэвид Б. Саут и его жена Джуди построили Cliffdome. Дом расположен на скале Южного Менан-Бьютт в Менане, штат Айдахо, с видом на реку Снейк. Cliffdome был самым большим домом с монолитным куполом, когда-либо построенным в то время. Это 75 футов в диаметре, 28 футов в высоту, два с половиной уровня, 8000 квадратных футов жилой площади и 1500 квадратных футов чердака.

Монолитные планы этажей

Для купольного дома вашей мечты в нашей библиотеке есть планы этажей самых разных размеров и форм. Этот диапазон размеров включает в себя небольшие уютные коттеджи, а также просторные и эффектные замковые владения и все, что между ними. Но хотя размеры и формы могут различаться, преимущества дома с монолитным куполом остаются неизменными. В дополнение к долгосрочной экономии наши экологически чистые монолитные купола обеспечивают энергоэффективность, защиту от стихийных бедствий и многое другое. На этом веб-сайте есть инструменты и сотни статей, связанных с проектированием куполов. Кроме того, в нашем штате есть профессионалы с опытом и знаниями, которые помогут вам спроектировать точный план этажа, который вам нужен и в котором вы нуждаетесь.

Что нужно знать о монолитном купольном доме перед покупкой!

Новинка! Вот необходимая, обязательная к прочтению электронная книга с практической информацией практически обо всем, что связано с проектированием и строительством дома вашей мечты.

Готовьтесь к реальным чрезвычайным ситуациям, а не к судному дню

Когда газета Dallas Observer написала об Исследовательском парке монолитных куполов, они связали купола с подготовкой к судному дню. Это упускает суть. Мы не готовимся к концу времен; мы готовимся к концу… хорошей книги, свернувшись калачиком на диване, мирно читаем, пока снаружи бушует буря.

Возвращение: наш дом с монолитным куполом на холме

Когда я писал о подготовке к чрезвычайным ситуациям в реальном мире, я понял, что на этом сайте практически ничего нет о нашем доме, Аркадии. Мы построили дом шесть лет назад и разместили на сайте monolithic.org несколько замечательных историй с фотографиями его дизайна, строительства и завершения. Пришло время перенести и обновить статьи.

Научитесь строить купол на осеннем семинаре строителей монолитных куполов 2022 года

Вы когда-нибудь хотели построить монолитный купол? Пачкать руки, нанося пену, подвешивая сталь и набрызгивая торкрет-бетон? Хотите учиться у строителей куполов с многолетним опытом? Теперь у вас есть шанс. Приходите на осенний семинар строителей монолитных куполов 2022 года в сентябре этого года и постройте настоящий монолитный купол.

Дом с монолитным куполом на озере Тексома на продажу

Дом с монолитным куполом на озере Тексома недалеко от границы Техаса и Оклахомы выставлен на продажу. Расположенный на 3,65 акров, дом окружен деревьями. В нем три спальни, две с половиной ванные комнаты и просторная открытая планировка.

Новый веб-сайт — это возвращение компании Monolithic Constructors, Inc.

Monolithic Constructors, Inc. — или просто Monolithic — имеет новый веб-сайт по адресу monolithic.com. Ну, это не совсем ново. Это больше похоже на возвращение домой.

Больше новостей…

Высокоэффективное охлаждение за счет монолитной интеграции меди в электронные устройства

  • Артикул
  • Опубликовано:
  • Тарек Гебраэль ORCID: orcid.org/0000-0002-7543-0887 1 ,
  • Цзяци Ли ORCID: orcid.org/0000-0002-3218-5930 1 ,
  • Ариэль Р. Гамбоа 1 ,
  • Цзинчэн Ма ORCID: orcid.org/0000-0002-0473-5042 1 ,
  • Joseph Schaadt 2 ,
  • Logan Horowitz 2 ,
  • Robert Pilawa-Podgurski 2 &
  • …
  • Nenad Miljkovic ORCID: orcid.org/0000-0002-0866-3680 1,3,4,5  

Природная электроника том 5 , страницы 394–402 (2022)Процитировать эту статью

  • 4098 доступов

  • 246 Альтметрический

  • Сведения о показателях

Предметы

  • Электротехника и электроника
  • Электронные устройства
  • Энергетическое моделирование
  • Машиностроение

Abstract

Электрификация имеет решающее значение для обезуглероживания общества, но управление растущей плотностью мощности в электрических системах потребует разработки новых технологий управления температурным режимом. Один из подходов заключается в использовании теплораспределителей на основе монолитного металла, которые уменьшают тепловое сопротивление и колебания температуры в электронных устройствах. Однако их электропроводность затрудняет их реализацию. Здесь мы сообщаем о совместно разработанных электронных системах, которые монолитно интегрируют медь непосредственно в электронные устройства для распределения тепла и стабилизации температуры. Подход сначала покрывает устройства электроизоляционным слоем поли(2-хлор-9).0190 p -ксилилен) (парилен С) и затем конформное покрытие из меди. Это позволяет размещать медь в непосредственной близости от тепловыделяющих элементов, устраняя необходимость в материалах теплового интерфейса и обеспечивая улучшенные характеристики охлаждения по сравнению с существующими технологиями. Мы проверяем этот подход на силовых транзисторах из нитрида галлия и показываем, что его можно использовать в системах, работающих при напряжении до 600 В, и обеспечить низкое удельное тепловое сопротивление переход-окружающая среда 2,3 см 2  K W –1 в спокойном воздухе и 0,7 см 2  K W –1 в спокойной воде.

Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение

Варианты доступа

Подписаться на журнал

Получить полный доступ к журналу на 1 год

111,21 €

всего 9,27 € за выпуск

Подписаться

Все цены указаны НЕТТО.
НДС будет добавлен позже при оформлении заказа.
Расчет налогов будет завершен во время оформления заказа.

Купить статью

Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.

$32,00

Купить

Все цены указаны без учета стоимости.

Рис. 1: Изготовление теплоотвода с медным покрытием. Рис. 2: Фотографии протестированных конфигураций. Рис. 3: Тепловые характеристики EPC2034, монолитно интегрированного с медью. Рис. 4: Анализ распространения тепла. Рис. 5: Влияние покрытия на термомеханическую надежность.

Доступность данных

Данные, подтверждающие результаты этого исследования, доступны по адресу https://zenodo.org/record/6471515#.Yl8-v-jMLHo. Все другие данные, подтверждающие графики в этой статье и другие результаты этого исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.

Доступность кода

Входные файлы MATLAB, Ansys Static Structural и Ansys Icepak, созданные для этой работы, доступны по адресу https://zenodo.org/record/6471515#.Yl8-v-jMLHo. Все другие файлы, которые поддерживают графики в этой статье и другие результаты этого исследования, доступны у соответствующего автора по разумному запросу.

Ссылки

  1. Masanet, E. et al. Повторная калибровка оценок энергопотребления глобальных центров обработки данных. Наука 367 , 984–986 (2020).

    Артикул Google ученый

  2. «>

    Наджахи, К., Луахлия, Х. и Лемассон, С. Обзор управления температурным режимом и инновационных стратегий охлаждения для центров обработки данных. Сустейн. Вычисл.: Информ. Сист. 19 , 14–28 (2018).

    Google ученый

  3. Ким, Дж., О, Дж. и Ли, Х. Обзор системы терморегулирования аккумуляторов для электромобилей. Заяв. Терм. англ. 149 , 192–212 (2019).

    Артикул Google ученый

  4. Modeer, T. et al. Разработка многоуровневого инвертора с чередующимися девятиуровневыми летающими конденсаторами на основе GaN для электрических самолетов. IEEE Trans. Силовой электрон. 35 , 12153–12165 (2020).

    Артикул Google ученый

  5. Лей, Ю. и др. Однофазный семиуровневый многоуровневый инвертор с летающими конденсаторами мощностью 2 кВт с активным буфером энергии. IEEE Trans. Силовой электрон. 32 , 8570–8581 (2017).

    Артикул Google ученый

  6. Кадам, С. Т. и Кумар, Р. Охлаждающее решение XXI века: микроканальные радиаторы. Междунар. Дж. Терм. науч. 85 , 73–92 (2014).

    Артикул Google ученый

  7. Ellsworth, M.J. et al. Обзор системы водяного охлаждения суперкомпьютера IBM power 775. Дж. Электрон. Упак. 134 , 020906 (2012).

  8. Кандликар, С. Г. и Хейнер, К. Н. Охлаждающие плиты с жидкостным охлаждением для промышленных мощных электронных устройств — тепловая конструкция и производственные соображения. Теплообмен. англ. 30 , 918–930 (2009).

    Артикул Google ученый

  9. Бейкер Э. Жидкостное иммерсионное охлаждение небольших электронных устройств. Микроэлектрон. Надежный 12 , 163–173 (1973).

    Артикул Google ученый

  10. Берглс А. Э. и Бар-Коэн А. Иммерсионное охлаждение цифровых компьютеров. в Охлаждение электронных систем 539–621 (Спрингер, 1994).

  11. Бирбара, П. и др. Водяное иммерсионное охлаждение электроники с высокой удельной мощностью. Междунар. Дж. Тепло. Массовый трансф. 147 , 118918 (2020).

    Артикул Google ученый

  12. Агонафер, Д., Спектор, М.С. и Милькович, Н. Материалы и проблемы взаимодействия в исследованиях двухфазного проточного кипения с высоким качеством пара. IEEE Trans. комп. Упак. Произв. Технол. 11 , 1583–1591 (2021).

  13. Тонг X.C. Основы управления температурным режимом и руководства по проектированию электронных корпусов. в Advanced Materials for Temperature Management of Electronic Packaging 30 , 1–58 (Springer, 2011).

  14. Ласанс, С. Дж. Как оценить эффекты распространения тепла на практике. Дж. Электрон. Упак. 132 , 031004 (2010 г.).

  15. Вернер, Т., Гриллбергер, М. и Фойстел, Ф. Трехмерное интегрированное полупроводниковое устройство с промежуточными способностями к распространению тепла. Патент США 8 080 866 (2011 г.).

  16. Seelmann-Eggebert, M. et al. Теплораспределяющие алмазные пленки для мощных транзисторных устройств на основе GaN. Диам. Относ. Матер. 10 , 744–749 (2001).

    Артикул Google ученый

  17. Chiriac, V. et al. Показатель качества для управления температурой смартфона. Электрон. Охлаждение 17 , 18–23 (2015).

  18. «>

    Smalc, M. et al. Тепловые характеристики теплораспределителей из природного графита. в Международная техническая конференция и выставка электронных корпусов 79–89 (ASME, 2005).

  19. Хан Ю. и др. Термическое управление горячими точками с помощью алмазного распределителя тепла на кремниевом микрокулере для устройств GaN. IEEE Trans. комп. Упак. Произв. Технол. 5 , 1740–1746 (2015).

    Артикул Google ученый

  20. Гао З. и др. Распределитель тепла из графена, выращенного методом термического химического осаждения из паровой фазы, для управления температурой в горячих точках. Carbon 61 , 342–348 (2013).

    Артикул Google ученый

  21. Seymour, J.P. et al. Изоляционные характеристики реактивных париленовых пленок в имплантируемых электронных устройствах. Биоматериалы 30 , 6158–6167 (2009).

    Артикул Google ученый

  22. Сарвар Ф., Уолли Д. К. и Конвей П. П. Материалы для термоинтерфейса — обзор современного уровня техники. в 2006 г. 1-я конференция по технологиям интеграции электронных систем 1292–1302 (IEEE, 2006 г.).

  23. Hansson, J. et al. Новые наноструктурированные термоинтерфейсные материалы: обзор. Междунар. Матер. 63 , 22–45 (2018).

    Артикул Google ученый

  24. Хван Г. и др. Многоартериальный распределитель с тепловыми трубками: боковая подача жидкости. Междунар. J. Тепломассообмен. 54 , 2334–2340 (2011).

    Артикул Google ученый

  25. Вейбель, Дж. А. и Гаримелла, С. В. Последние достижения в области определения транспортных характеристик испарительной камеры для приложений с высоким тепловым потоком. Доп. Теплопередача. 45 , 209–301 (2013).

    Артикул Google ученый

  26. Mattox, D. M. Справочник по обработке методом физического осаждения из паровой фазы (PVD) (Уильям Эндрю, 2010 г.).

  27. Ким Б.Дж. и Менг Э. Микрообработка парилена С для биоМЭМС. Полим. Доп. Технол. 27 , 564–576 (2016).

    Артикул Google ученый

  28. Шин Ю.С. и др. Микро-ПЦР-чип на основе ПДМС с париленовым покрытием. Дж. Микромех. Микроангл. 13 , 768 (2003).

    Артикул Google ученый

  29. Heid, A. et al. Исследование диэлектрической прочности тонких пленок парилена С в различных условиях. Курс. Реж. Биомед. англ. 2 , 39–41 (2016).

    Артикул Google ученый

  30. «>

    Чанг С.-К. и другие. Влияние плотности тока покрытия на самоотжиг гальванических медных пленок. Дж. Электрохим. соц. 149 , G535 (2002 г.).

    Артикул Google ученый

  31. Дарво, Р. Влияние методологии моделирования на корреляцию роста трещин в паяных соединениях и прогнозирование усталостной долговечности. Дж. Электрон. Упак. 124 , 147–154 (2002).

    Артикул Google ученый

  32. Мильман Ю.В., Гриднева И., Голубенко А. Построение кривых деформации хрупких материалов методом вдавливания в широком диапазоне температур. наук. Синтер. 39 , 67–75 (2007).

    Артикул Google ученый

  33. Ким, С. и др. Поведение электроосажденных медных пленок в качестве механических опор для светоизлучающих диодов при напряжении. Электрохим. Acta 52 , 5258–5265 (2007).

    Артикул Google ученый

  34. Чу, К.-Х. и другие. Иерархически структурированные поверхности для усиления критического теплового потока при кипении. Заяв. физ. лат. 102 , 151602 (2013).

    Артикул Google ученый

  35. Рахман, М. М., Олчероглу, Э. и Маккарти, М. Роль впитываемости на критический тепловой поток структурированных супергидрофильных поверхностей. Ленгмюр 30 , 11225–11234 (2014).

    Артикул Google ученый

  36. Li, J. et al. Ультрамасштабируемые трехуровневые иерархические наноинженерные поверхности для оптимизации кипения. ACS Nano 13 , 14080–14093 (2019).

    Артикул Google ученый

  37. «>

    Zhang, C. et al. Усиленное капиллярное кипение в инверсных медных опалах за счет темплатного спекания. Доп. Функц. Матер. 28 , 1803689 (2018).

    Артикул Google ученый

  38. Азизи, А., Даумер, М. А. и Шиффрес, С. Н. Аддитивное лазерное осаждение металла на кремний. Доп. Произв. 25 , 390–398 (2019).

    Google ученый

  39. Азизи А. и др. Аддитивное лазерное напыление металла на кремний для улучшенного охлаждения микроэлектроники. в 2019 69-я конференция IEEE по электронным компонентам и технологиям (ECTC) 1970–1976 (IEEE, 2019).

  40. Матиевич Э., Посканцер А. и Зуман П. Характеристика катализаторов на основе хлорида двухвалентного олова/хлорида палладия для химического нанесения покрытий. Плат. Серф. Заканчивать. 62 , 958–965 (1975).

    Google ученый

  41. Taylor, R. & Welber, B. Осаждение тонких париленовых пленок под контролем лазера. Тонкие твердые пленки 26 , 221–226 (1975).

    Артикул Google ученый

  42. Уайт, Г. и Минджес, М. Теплофизические свойства некоторых ключевых твердых тел: обновление. Междунар. Дж. Термофиз. 18 , 1269–1327 (1997).

    Артикул Google ученый

  43. Цзян П., Хуанг Б. и Кох Ю. К. Точные измерения поперечной теплопроводности тонких пленок с помощью двухчастотного термоотражения во временной области (TDTR). Rev. Sci. Инструм. 87 , 075101 (2016).

    Артикул Google ученый

  44. Pena, E.M.D. & Roy, S. Электроосаждение меди с использованием постоянного и импульсного тока из электролитов, содержащих низкую концентрацию добавок. Прибой. Пальто. Технол. 339 , 101–110 (2018).

    Артикул Google ученый

  45. Чан, К.-Н. и Юань, К.-А. Обзор алгоритмов прогнозирования формы выступа припоя с проверками. IEEE Trans. Доп. Упак. 24 , 158–162 (2001).

    Артикул Google ученый

Ссылки на скачивание

Благодарности

Благодарим за финансовую поддержку Агентства перспективных исследовательских проектов-Энергия (АРПА-Э) с соглашением о сотрудничестве №. DE-AR0000900. Н.М. и Т.Г. выражаем признательность за финансовую поддержку Центра инженерных исследований Национального научного фонда Оптимизации мощности электротермических систем (POETS) с соглашением о сотрудничестве №. ЕЕС-1449548. Т.Г. выражает благодарность за финансовую поддержку со стороны ассистента PPG-MRL. Н.М. выражает благодарность за финансовую поддержку Международного института углеродно-нейтральных энергетических исследований (WPI-I 2 CNER), спонсируемая Министерством образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии. Мы благодарим С. Робинсона из отдела микроскопии Института передовых наук и технологий Бекмана (часть Иллинойского университета в Урбане-Шампейне) за помощь в термическом испарении. Лазерная сканирующая конфокальная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, четырехточечный зонд и покрытие париленом C частично проводились в Центральном исследовательском центре Лаборатории исследования материалов Университета Иллинойса.

Информация об авторе

Авторы и организации

  1. Факультет машиностроения и инженерии, Иллинойский университет в Урбана-Шампейн, Урбана, Иллинойс, США

    Тарек Гебраэль, Джиаки Ли, Ариэль Р. Гамбоа, и Джинченг Ма Miljkovic

  2. Факультет электротехники и компьютерных наук, Калифорнийский университет, Беркли, Калифорния, США

    Джозеф Шаадт, Логан Горовиц и Роберт Пилава-Подгурски

  3. Лаборатория исследования материалов, Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн, Урбана, Иллинойс, США

    Ненад Милькович

  4. Факультет электротехники и вычислительной техники, Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн, Урбана, Иллинойс, США

    Ненад Милькович

  5. Международный институт углеродно-нейтральных энергетических исследований (WPI-I2CNER), Университет Кюсю, Ниси-ку, Япония

    Ненад Милькович

Авторы

  1. Tarek Gebrael

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  2. Jiaqi Li

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  3. Ариэль Р. Гамбоа

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  4. Jingcheng Ma

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  5. Joseph Schaadt

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  6. Logan Horowitz

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  7. Роберт Пилава-Подгурски

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

  8. Nenad Miljkovic

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Contributions

T.G. и Н.М. придумали первоначальную идею и разработали эксперименты.

Добавить комментарий