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鋼結構建筑的設計從古至今,一個好的建筑作品,總是反映出那個時代的設計水平。鋼結構建筑設計最重要的就是形象構思和結構構思,關鍵是要實現設計構思與結構構思的一體化。建筑的形象構思是建筑設計創作的核心問題與難點之一,形象構思主要是創作出概念形象。自從科學思維融入到建筑學之后,建筑設計的宗旨就不再是單純的追求美,還要追求問題的合理解解決。雖然建筑形象的構思是相對獨立的,但也必須與技術、社會等相結合。結構是鋼結構建筑形象的要素,結構的形體、構件、節點從某種程度上可以制約建筑的形象,因此只有實現鋼結構建筑的設計構思和結構構思的一體化,才能保證以后各個環節的順利進行。建筑策劃也是鋼結構建筑設計的重要因素之一。建筑設計師不能隨心所欲的去設計創作,在進行建筑的平面和結構設計構思時必須以業主的設計任務書為指導。如果一個建筑的復雜程度越高,客戶對設計師的要求也會相應增高,一方面客戶要求設計師創作出高水平的作品,另一方面在最終產品的確定過程中,客戶希望建筑設計師和市場專家均可以高效參與決策。鋼結構建筑的關鍵技術近年來,建筑設計也同高新技術產業一樣,迅速發生變化,新項目的規劃、建筑、景觀的設計方法改變了很多。在鋼結構建筑中,許多金屬結構桿件、連接金屬桿件的節點細部都是直接暴露在外,大大增加了鋼結構建筑的科技感和技術含量。鋼結構建筑設計越來越復雜、越來越精致,對細部的設計要求也越來越高。細部設計在很大程度上決定著一個地方的質量以及最后是否可以得到確認。鋼結構建筑的各種細部都非常細致、美觀,既可以體現出技術美,更體現出人的智慧與能力。對一個建筑設計師來講,對細部質量保持高度敏感,積極了解現代工藝,把握建筑的細部設計與構造節點及其重要。
鋼結構建筑的主要危害因素及加固措施
關鍵詞:鋼結構,建筑結構體系,鋼結構建筑
中圖分類號:TU3文獻標識碼: A 文章編號:
引言
隨著社會步伐的不斷變遷,具有強度高、韌性好、抗震性能優、施工周期短等優點的鋼結構建筑正逐漸取代傳統的粘土、磚石、鋼筋混凝土建筑結構,得到了迅速的發展。鋼結構建筑體系的類型有多種,按其高度可分為低層和多、高層結構體系, 按跨度可分為大跨度結構體系,超大跨度結構體系。本文主要介紹了不同的鋼結構建筑的結構體系。并分析了它們的實例及優缺點,這對今后的建筑設計有一定的指導意義。
低層結構體系
低層鋼結構體系在我國主要應用在大型公共場所,由于較鋼筋混凝土等的造價較高,在民用住宅上的應用較少。但在歐美等發達國家,低層鋼結構在住宅、別墅中的應用相當成熟且廣泛。不過隨著我國經濟的不斷發展,鋼結構住宅的普及將是一個趨勢。現在所謂鋼結構在底層建筑中主要的形式有輕鋼骨架的形式和門式鋼架兩種。1.1 輕鋼骨架結構
輕鋼骨架體系主要分為冷彎薄壁型鋼格構式結構體系和熱軋型鋼結構體系。該結構體系韌性強,不宜受到地震和各種側向風力的影響;各個部件標準化,方便施工,耗時短,因此成本較低;對空氣污染較小,很環保。在現代低層鋼結構建筑中具有較高的性價比和經濟效益。輕鋼骨架體系結構實際上只是相當于一個骨架,其中用來填充骨架結構的結構主要有:樓板,墻板以及屋面板等。1.2門式剛架結構
門式剛架結構是以梁和柱組成骨架,內置支撐的結構體系。基本形式有典型門式鋼架、帶吊車的門式鋼架以及帶局部二層的門式鋼架。門式剛架結構材料的承載力很好,并且造價低廉。這得益于它自重輕,內力分布均勻的優點。構件工業化程度高, 構件單元安裝便捷。
二、多、高層結構體系
多高層鋼建筑體系相比低層建筑體系結構而言,更要發揮其鋼結構本身的材料優勢。當然,與此同時,也要滿足多高層建筑的建筑規范。多高層建筑主要采用的是框架體系結構,其中包括:鋼框架體系結構、框架-支撐體系結構以及框架-剪力墻體系結構等。2.1 純框架結構
由梁、柱組成的結構單元稱為框架。所謂的框架體系結構是指,用來抵抗側力的部件均采用的是框架部件。鋼框架結構早在1900 年即已出現,類似于鋼筋混凝土框架體系。
框架結構因為簡單靈活的特性,在施工建造時能夠靈活地為建筑物提供較大的空間和更為合理適用的布局;結構各部分的剛度比較均勻,施工時材料的選擇上會比較簡單,操作性強;框架結構較大的延展性和較長的自振周期使得它的抗震性能很好,對地震的影響不大;框架結構的梁柱構件結構因其獨特的優點例如容易實行標準化、定型化以及裝配化,這就使我們的設計變得更加簡便了。這些很好的優點為鋼框架結構在實際建筑應用中奠定了良好的基礎。
但是框架結構不可避免的具有自身的缺點,抗側剛度較小,一般適用于層數不超過30層的高層結構,在較高層建筑上會很容易受到側向風的影響,危險性較大。2.2 框架-支撐結構在地震時,如果沒有鋼框架-支撐體系結構的輔助,房屋就很難再險境中存活下來。為此我們增加了房屋的支撐結構來加強多層房屋建筑的側向剛度以及它抵抗水平風的承受程度。這種體系結構的之所以有這種性能,是因為它能夠承受住水平力和側向力,有了這種性能,使得在房屋的層數過高時比單純的框架結構更加經濟可靠。而且此體系較純框架結構用鋼量少,節點構造較其他體系相對簡單。另外,框架支撐體系結構的使用從整體上提高了房屋建筑結構的剛度,使得整體框架結構能夠抵抗側面的壓力。同時,從抗震特性以及側向剛度較大的角度來說,框架支撐體系結構屬于雙重抗側力體系。上面已經說過,當樓層高于一定的高度時才有必要使用鋼框架的支撐結構,因此在層數較高時適用框架體系結構,這個樓層高度一般是在35到40層左右。2.3 框架- 剪力墻結構 下面我們再來介紹框架-剪力墻結構,這種結構是用來抵抗豎向的壓力以及側向力的,其中框架是用來承擔來自豎向和水平的負荷。,而剪力墻的作用主要是平均各層框架之間的力,從而承擔了大部分的剪力,因此,剪力墻的結構雖然簡單但非常具有實用性。 鋼框架-剪力墻結構比鋼框架結構的剛度和承載能力都大大提高了,無論在非地震區還是地震區,這種結構型式都可用來建造較高的高層住宅,一般是40-60層的結構。
其實,鋼結構的種類有很多,還有一些比較常用的結構,例如有交錯桁架體系懸掛結構、框架筒體系、矩形框架體系、外交叉桁架體系等,這里就不一一贅述。
三、大跨度結構體系
近幾年來,大跨空間結構發展十分迅速,并且隨著它的飛速發展,這種體系結構已經在建筑行業擁有了不可動搖的地位。 主要應用在劇院、展覽館等公共建筑和造船廠等生產性建筑。大跨度鋼結構建筑分為平面結構和空間結構。下面我們來依次對平面結構和空間結構進行討論和細分。
3.1 平面結構 (1)梁式結構 梁式結構體系,主要是桁架。梁氏結構現在應用廣泛,可用于工業和民用的建筑中。在使用過程中它不會產生水平方向的推力,因此可以用來支撐墻壁,它的制造和安裝過程也比較簡單,使用十分方便。在跨度較小時,可以采用實腹式梁式結構;跨度在50-70m及更大時,不能采用梁式結構。 (2)框架結構
框架結構也有很多自身的優點,例如,框架結構與梁式結構相比,可以從一定程度上降低建筑物的高度,另外它還從選材以及高度上都降低了成本,因此比梁式結構更加的經濟。 目前,主要應用在工業建筑物中。(3)拱式結構 拱式結構主要用于屋蓋的設計,受力合理,比梁式和框架式屋蓋結構經濟。主要應用在民用公共建筑物中。 3.2 空間結構 (1)網架和網殼結構 網架、網殼是一種高次超靜定空間結構體系。與平面結構不同的是,這種結構能夠承受來自各方面的力或者是負載強度,另外它還有很多的優點,網架和網殼結構的空間剛度和抗震性能都比較好。桿件自重較輕,非常節約材料,可以利用小規格的桿件建成大跨度的結構。并且桿件規格劃一,適于工業化生產。該體系廣泛用于公共建筑及工業廠房等屋蓋承重結構。
(2)懸索結構 懸索結構的主要的受力構建就是用來拉東西的索,這種索可以懸掛在相應的支撐結構上。在使用懸索進行支撐時,由于軸向拉伸作用,使得鋼材的強度得以充分利用;施工方便,費用低;便于建筑建造。是比較理想的大跨度結構形式之一。
現如今,大跨度體系結構在建筑結構中使用的非常廣泛,但美觀性也是需要讓人考慮的一個因素,因此在使用這種結構的時候,往往要更注重它的美觀性。四、鋼結構建筑的發展前景 鋼結構建筑在我國有廣闊的前景,適應于時代的發展。這是因為鋼具有強度高、質量小、韌性好、抗震性能施工周期短等優點以及我們國家發展和環保的需求,使得鋼結構建筑能夠迅速發展,甚至成為整個建筑體系中的主流。 鋼結構應用范圍廣泛,在住宅建筑、各個行業以及城市規劃建設中具有很大的應用前景。
五、結語 在鋼結構飛速發展的今天,新型的鋼結構體系以飛快的速度不斷涌現。我們若想更加正確的選擇我們所應使用的鋼結構體系,就必須及時去了解每一種鋼結構體系的使用性能。鋼結構具有強度高、質量小、韌性好、抗震性能好、施工周期短等優點,是一種有利于保護自然環境、符合我國現代基本國情的可持續發展的綠色建筑模式,可帶動各種產業的大力發展,給社會帶來大量的經濟效益、社會效益和文化附帶效益。
參考文獻:
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隨著新型鋼材的應用,速成墻逐漸興起并在住宅、別墅建筑工程中得到應用,相對于其他結構墻體而言,絕緣性能高,具有良好的安全性和經濟性。這樣以來,冷成型結構鋼所具有的高應力、高腐蝕性、輕質量、施工方便的優點與速成墻經濟、安全、美觀優點的完美結合使得新型鋼結構建筑體系的成本大大降低,為其在建筑領域的廣泛應用開辟了途徑。
2新型鋼結構建筑與磚木結構建筑的對比分析
2.1性質對比
新型鋼結構建筑相對于磚木結構建筑而言具有明顯的優勢,不僅表現在建筑空間方面,還表現在耐久性和低維護性方面,同時還具有施工簡單,經濟可靠的優點。2.1.1在建筑空間方面新型鋼結構建筑能夠創造出靈活的建筑空間,鋼材的質量要比磚石輕的多,具有很高的強度,對于普通住宅來說,鋼材不僅沒有長度限制,還能夠使建筑跨度達到任何長度,因此可充分利用鋼結構創造靈活自由的建筑空間,由于木材自身性質的限制,它并不適用于任何場合,比如商業建筑的服務大廳需要有自由、暢通的空間,但是使用磚木結構建筑不能夠滿足空間的張力、采光條件等,加上商業建筑大多是高層建筑,高強度、高負荷的鋼結構更具優勢。2.1.2在耐久性和維護性方面首先,鋼結構建筑的使用年限明顯高于磚木結構建筑,且鋼結構建筑具有比磚木結構建筑更高的承載能力,因此,新型鋼結構建筑的耐久性更高;其次,鋼結構是由鋼構架和混凝土墻構成的,兩者之間的結合能夠大大提高房屋結構的阻燃性和抗震性,房屋結構抵抗各種極端條件和災害的能力將會增強,比如抵抗臺風、地震的能力,抵抗火災、高溫日曬的能力,抵抗蟲蟻、蛀蟲侵蝕的能力等,有效避免房屋結構出現變形、裂縫、沉降和位移。此外,鋼結構經過鍍鋅處理后的防腐能力非常強,在免修的情況下其使用壽命可達75a左右,由此可見,新型鋼結構建筑具有耐久性和低維護性的優點。
2.2經濟效益對比
過去幾年來,鋼結構之所以在建筑領域未得到廣泛應用,除了多數人對鋼結構的性質和特點不了解外,價格過高也使人們對其使用望而卻步。隨著科學技術的進步,建筑鋼結構技術和工藝得到了顯著發展,鋼材的成本也隨之下降,新型鋼結構建筑逐漸以其自身優勢取代傳統磚木結構。新型鋼結構建筑不僅能夠營造靈活的建筑空間,具有良好的耐久性和低維護性,成本和價格的逐漸降低也成為其重要競爭優勢。2.2.1在制造和安裝方面鋼構件工廠采用的主要是計算機控制的成型機械,能夠大大增加鋼構件的精確度,在建筑工程施工現場,鋼構件、構架的連接采用的是標準緊固件,連接牢固性易得到保證,而鋼材相較于磚木而言,重量更輕,這些都使鋼結構能夠實現快速的安裝、連接和運輸,對于節省時間、節省勞動力、加快施工進度具有重要作用。2.2.2在人工成本方面在磚木結構建筑施工中,大量的建筑成本都集中在了勞動力方面,幾乎占總建筑成本的1/2,比如建筑成本如果按照建筑結構來劃分,上部結構的勞動力成本比如內墻和外墻、屋頂的施工等占建筑成本的一半左右,人們需要為各種砌磚、架木付出勞動力成本,而新型鋼結構建筑則不同,它能夠大量節約勞動力,最終有利于降低勞動成本,也有效節省了時間。2.2.3場地成本和清理成本方面與傳統磚木結構建筑相比,新型鋼結構只需要少量的土方工程甚至不需要土方工程就能夠確保鋼構架房屋很好的坐落于地面,有利于節約場地成本和清理成本,比如,如果工程位于斜坡上,場地的清理和平整需要1.5萬元左右,清理場地后才能進行房屋建造,而鋼結構建筑中鋼構架可根據地形條件合理設計、調整尺寸,它能夠適用于各種條件的斜坡地。
3結語
1鋼結構自身的質量容易保證,易做成大跨度和大空間
鋼結構建筑所使用的構建一般都是在工廠里進行標準化的制造和加工,精度比較高,質量比較穩定。在運送到工地之后工人們只需要依據圖紙進行安裝就可以,這使得鋼結構自身的質量比較容易保證。另外,鋼結構的使用也可以有效減少大量的沙、石、水泥堆放施工可能造成的揚塵污染,因此在鬧市區或居民區施工,鋼結構的優勢更加明顯,有利于對環境的保護,不影響周圍居民的工作和休息。我們所熟悉的中央電視臺綜合大樓、上海中心大廈都采取的是鋼結構的建筑模式,這些鋼結構建筑獲得了多方的好評。
2鋼結構的造價控制分析
2.1設計階段的造價控制分析
鋼結構前期的設計和投資決策是工程造價控制最為重要的關鍵所在。設計費對于整個工程造價的影響是十分深刻的,如果可以很好的抓好這個設計階段,必將會起到事半功倍的作用。首先在設計階段就要選好設計單位和設計方案,其次要通過價值工程對于設計方案進行優化。價值工程是運用各種相關領域的有效協作,對研究對象的費用和功能進行系統的分析,不斷的進行優化創新,使得可以通過最低的成本,更好的實現產品自身的各種功能,以便可以最大限度的提升產品價值的一種科學的方法,在實踐中具有很好的應用價值。在進行鋼結構建筑的設計過程中應用價值工程,對于造價進行控制,可以將造價和功能兩個方面進行有效的結合,從而更好的提升他們之間的比值,確定成本和功能之間的最佳配置,從而做到質優價廉,最大限度的發揮出鋼結構建筑的性價比優勢。
2.2施工階段的造價控制探討
施工階段也是進行造價控制的重要。在施工的過程中要注意做好各項工作,提升對于工程造價的控制水平。在工作中首先要強化對于設計變更的有效管理,一般情況下設計變更發生的越早則損失會越小,如果發生的越晚,則損失就會越就會越大,所以如果一定會發生設計的變更,則應當盡力的提前,以免對于工程的造價造成比較大與你影響。對于影響工程造價比較大的一些變更,一定要先進行計算,明確可能產生的最大損失,然后再尋找解決方案進行變更。另外要注意強化對于材料和設備的采購管理,在工程造價中材料費用是影響工程造價比較重要的也能素,所以所選擇的材料是否經濟合理,對于最終的建筑造價會產生很大的影響。因此在工作中選擇符合要求材料的前提之下,應該最大限度的爭取最低價,工作人員要了解和掌握建材的變動規律,制定好科學的采購計劃,重點監控那些對于資金的占用比較大的材料和設備的價格變動情況,使得材料的費用可以降到最低。工作中要規劃好采購的計劃,明確市場的材料行情,以便可以在最為合適的價格買入材料,提升對于造價控制的水平。在施工階段的造價控制也要加強對于施工進度的控制。在施工的過程中要避免出現浪費的現象,對于各種工種都要科學的進行調配。對于施工機械也要科學調度,減少浪費不必要的,提升工作效率,確保各項工作的合理開展。
3比較常見的鋼結構的種類和計價方法
3.1門式鋼結構和框架結構
目前這類的鋼結構的計價主要是采取的兩種形式,一種是按照工程量的清單,另外一種則是套定額。目前大多都沒有專門的鋼結構計價定額,所套用的定額基本上都是土建定額中的一些零星的幾個相關的子目,這些子目大多和工程實際的情況相差比較遠,需要進行計算轉化,相對來講比較麻煩。最為常用的就是工程量的清單報價方法,依據企業定額依據市場定價開展綜合報價。
3.2網架鋼結構
對于網架鋼結構,它的定價可以參考土建定價的相關的子目,或者是按照噸進行市場的定價。在實踐的過程中,一些規格比較標準的矩形的網架,通常也可以依據平米以市場單價進行計價。
4結語
【關鍵詞】新時期;鋼結構;焊接工藝技術;防治
焊接作為一項制作和連接鋼結構的重要技術,目前已經廣泛地應用于鋼結構建筑相關工程中。盡管焊接技術運用于鋼結構建筑中具有相當多的優勢,但焊接中的變形問題卻始終是焊接工藝中的美中不足。焊接過程中出現的變形等問題不僅會在一定程度上影響到鋼結構建筑的美觀,還有可能造成焊接物體的報廢,進而給企業或者個人帶來一定的經濟損失。為此,我們必須進一步認識焊接工藝的類型及其發生變形的原因,進而做好相關的防治工作。
1 焊接工藝技術的簡介
1.1 焊接材料
鋼結構焊接工藝技術中運用的主要工具有電焊條和引弧板。選擇焊接條時,其型號一定要嚴格按照設計要求進行,之后按照相關說明書將焊接條進行烘焙后,放入保溫桶內以供之后取用。另外,在鋼結構建筑焊接過程中,嚴禁使用焊芯生銹的一些焊條,同時酸堿性焊條不得混合在一起使用。最后,在焊接鋼結構建筑的重要部位時適合選用堿性焊條。在焊接鋼結構建筑部件需要采用坡口連接時,需要使用引弧板,而引弧板材質的選擇一定要和所焊接部件的材質相同。
1.2 主要工具
鋼結構建筑工程中使用焊接工藝技術時所需要的機具主要有焊鉗、焊條保溫桶、烘箱和電焊機等。
1.3 焊接條件及要求
溫度較低時進行焊接會造成熱量迅速散失,為此,當鋼材厚度達到一定程度時,可以適當采用多層焊接工藝技術。另外,為防止溫度的迅速降低,在進行某條縫隙焊接時,一定要一次性完成,避免發生焊接中斷的現象。若發生中斷,應進行正確恰當地處理。最后,在風雪天氣環境下,應盡可能避免焊接,若確實需要焊接,應搭建帳篷等,之后在室內進行鋼結構建筑的焊接。同時,焊接過程中要保證風速在恰當的局限范圍之內。焊接結束后,要運用適當材料使得焊接物體進行緩慢的降溫。
2 焊接變形的原因探討
2.1 焊接變形的主要類型
焊接變形主要是指鋼結構在焊接中因高溫引起的變形和焊接結束后在鋼結構構件中出現的殘余變形問題。在以上兩種焊接變形中,最影響焊接質量莫過于焊接殘余變形。焊接殘余變形對鋼結構建筑的影響具體可分為整體和局部變形,而依據變形的形狀特點又可分為角變形、波浪變形和扭曲變形等,局部變形又包括角變形和波浪變形,整體變形又包括扭曲變形等。在鋼結構焊接過程中,最易發生變形類型是整體變形。
2.2 焊接變形的緣由
鋼結構的剛度無疑是影響焊接變形的主要因素之一,鋼結構的剛度主要是針對結構體對彎曲及拉伸等變形的抵抗力而言的,而鋼結構的剛度強弱則主要取決于鋼結構尺寸的大小及其截面形狀。另外,焊接連接縫的所在位置和數量也在一定程度上影響著焊接變形的程度及狀況。在鋼結構剛度不能達到一定的標準時,應將鋼結構體的對稱位置作為焊接的連接縫,這時若焊接順序合理的話,結構體就只能產生線性變形,而不可能產生彎曲變形。最后,焊接工藝也在某種程度上影響著焊接變形的程度。例如,在焊接電流較大、焊接速度較慢時,就會導致更加嚴重的焊接變形。為此,在鋼結構焊接過程中,一定要定制科學合理的焊接工藝措施和方法。
3 鋼結構焊接工藝造成的變形防治工作
3.1 焊接節點的構造控制
為進一步避免和改善焊接變形的狀況,在進行鋼結構焊接節點構造設計時,要注意以下幾個方面:a.首先,應對焊縫的數量及大小進行一定的控制。當鋼結構在焊接過程中存在焊縫數量多、尺寸大的問題時,就會給焊接變形提供更多的可能。為此,在進行鋼結構焊接節點構造設計時,應盡可能在一定程度上控制焊縫的數量和大小,進而改善焊接變形的狀況;b.其次,要盡可能選擇適當的焊縫坡口大小及形狀。對焊縫坡口的大小和形狀進行合理科學的選擇,不僅可以在一定程度上保證鋼結構的承載能力,同時還可以在某種程度上減少截面積,進而對焊接變形數量起到一定的控制作用;c.此外,在鋼結構焊接過程中,應盡可能使焊接節點的位置處于物體截面的對稱處。而對于中性軸焊接節點的選擇,應盡可能使焊接節點
靠近中性軸,同時避免處于或接近高應力區。d.最后,節點形式的選擇,應盡可能選擇剛性較小一些的節點形式。同時,節點不應設置在多向交叉位置,只有這樣才能避免因焊縫高溫集中和應力集中而造成的焊接變形。
3.2 鋼結構建筑焊接工藝的改進
鋼結構焊接工藝的改進對焊接變形的改善有著至關重要的作用,其具體操作主要集中于以下幾個不同的方面:a.首先是鋼結構的組裝和焊接過程中所選擇的焊接順序。對鋼結構的組裝及制作,相關人員應嚴格依照有關規定和要求在標準的層面上進行操作。只有這樣,才能在一定程度上確保相應的自重壓力承受情況,進而更好地滿足于構件組裝的要求和標準。在鋼結構焊接過程中,對焊接小型構件的焊接,可一次性完成,之后再選擇合適的焊接順序進行
組裝。而對于一些相對較大的鋼結構焊接與組裝,應首先將小構件焊接完成,之后再進行相應的組裝和焊接工作。為防止部件組裝過程中產生變形的狀況,零部件型號的選擇一定要符合相關的規定和要求,此外,組裝時應盡可能避免過度的外力強制性拼接。最后,在構件焊接和組裝過程中,應盡可能保持焊接接頭的熱量均勻性和溫度適當性,防止因熱量不均造成的焊接變形。b.其次,要做好相應的反變形工作。鋼結構的焊接工藝過程中,由于冷卻后的收縮原理,焊縫會發生一定的收縮反應,這也就在一定程度上減少了構件原有的尺寸大小。為此,在焊接過程中人們常常采用反變形的方式來進一步彌補因熱脹冷縮而出現的變形問題。反變形方法就是在進行焊接工作前期首先人為使構件發生一定的變形,其變形方向與后來的焊接變形方向相反,變形程度與后來的變形程度相同。c.最后,要具備相應的焊接夾具。對于一些較大型構件的焊接而言,要想更好地固定其構件不僅僅需要具備相應的焊接平臺,同時還應準備相應的焊接夾具。
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