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广东环境保护工程职业学院
教案
课程名称：
土木工程概论
使用教材（编者、出版社）：
陈克森、赵得思黄河水利出版社
授课班级：
12建筑（5）班、12建筑（6）班
教学时间：
2012/2013学年第1学期
教学总课时：
64节/·学期
教学周课时：
4节/周
教师姓名：
区雪连
课时授课计划
一、〔授课时间〕：
2012年10月?
日，累计授课课时2节。
二、〔章节课题〕：
第三章土木工程构件及其基本结构（第一节梁、板、柱和墙）
三、〔教学目的要求〕：
掌握梁、板、柱和墙的基本类型及特点，能够识别各类构件。
四、〔教学重点难点〕：
梁、板、柱和墙的特点及识别
五、〔教学方法〕：
以课堂授课为主，辅以课堂讨论、提问、章节练习等方式使学生加深对知识的记忆及理解。
六、〔教学用具〕：
运用PowerPoint课件上课。
七、〔教学内容组织〕：
梁、板、柱和墙
基础知识扩展：
建筑结构：
在建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成的用来承受各种荷载或作用，其骨架作用的空间受力体系。
承重结构体系由若干结构构件连接而成。
Ø力（Force）是一种物体间有方向的作用，有大小方向。
可用矢量表示。
Ø重力：
物体重量产生的作用力，方向指向地球中心，作用点在该物体的中心。
Ø力矩（Moment，土木中称弯矩）：
力×距离
Ø转动平衡：
对同一点所有力矩之和为0，即转动效应之和为0。
Ø移动平衡：
对同一物体所有力之和为0，即处于不移动的静止状态。
Ø外力：
在多个物体组成的系统中，由系统之外的物体对这个系统的作用力称为外力。
例：
重物放在独木桥上，重物和独木桥产生的自重都是外力。
Ø内力：
物体因荷载等作用而引起的内部产生抵抗变形的力。
例：
桥身弯曲作用是由于内力。
如将桥身切断，会自由下落。
Ø反力：
把约束对物体的作用力称为约束力。
例：
桥身两端支承处的支承力。
（约束力、约束反力）
Ø桥身处于平衡状态，即ΣM=0和ΣF=0。
处于外力、反力和内力平衡状态。
◆内力种类有5种：
◆
（1）产生拉伸变形的是拉力
◆
（2）产生压缩变形的是压力
◆（3）产生弯曲变形的是弯矩
◆（4）产生剪切变形的是剪力
◆（5）产生扭曲变形的是扭矩
能使土木工程结构产生效应（结构或构件的内力、应力、位移、应变和裂缝等）的各种原因的总称，成为结构上的荷载。
指在使用期间永久施加在结构上，其值不随时间变化的荷载，也称恒载
指在使用期间施加在结构上的值随时间变化的荷载，也称活载
偶然荷载：
指的是在结构的设计使用期内偶然出现（或不出现），其数值很大、持续时间很短的荷载，如：
撞击力、爆炸力、地震力、船只或漂浮物撞击力等
从几何构造分析的角度看，结构必须是几何不变体系。
根据多余约束n，几何不变体系又分为：
有多余约束（n>0）的几何不变体系——超静定结构；
无多余约束（n=0）的几何不变体系——静定结构。
静定结构：
凡只需要利用静力平衡条件就能计算出结构的全部支座反力和杆件内力的结构。
梁：
1通常水平放置，但有时也斜向设置以满足要求，辟如楼梯梁。
2梁的跨度：
梁一端到另一端的距离。
3梁承受板传来的压力以及梁的自重，其受荷载作用的方向与梁轴线相垂直，其作用效应主要受弯和受剪。
4梁的截面高度与跨度之比一般为1/8~1/16—高跨比大于1/4的梁为深梁；
5梁的截面高度通常大于截面的宽度—梁宽大于梁高时，称为扁梁。
6梁的高度沿着轴线变化时，称为变截面梁。
分类：
1按施工方法分为：
预制梁和现浇梁
2按支承情况分为：
简支梁、连续梁和多跨静定梁
3按截面形式分：
矩形梁、T形梁、倒T形梁、十字形及花篮形、槽型梁、L型梁、箱型梁等。
4按梁所用材料可以分为：
钢梁、钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、木梁、钢与混凝土组合梁等。
5按梁在结构中的位置分类：
主梁：
除承受板直接传来的荷载，还承受次梁传来的荷载。
次梁：
一般直接承受板传来的荷载，再将板传来的荷载传递给主梁。
连梁：
用于连接两榀框架，使其成为整体。
圈梁：
一般用于砖混结构，将整个建筑围成一体，增强结构的抗震性能。
过梁：
一般用于门窗洞口的上部，用以承受洞口上部结构的荷载。
板
定义：
1平面尺寸较大而厚度较小的受弯构件，通常水平放置。
斜向设置（楼梯板）；竖向设置（墙板）
2板的长、宽两个方向的尺寸远大于其高度（也称厚度）
3板承受施加在楼板的板面上并与板面垂直的重力荷载
现浇板：
优点：
整体性好、适应性强、防水性好等
缺点：
模板耗用量多、施工现场作业量大、施工进度受限
适用于：
楼面荷载较大、平面形状复杂或布置有特殊要求的建筑物，防渗、防漏或抗震要求高的建筑物及高层建筑。
预制板：
整体性差，多用于工业建筑。
按截面形式不同分为：
实心板、空心板、槽形板、T形板。
板的布置方式应根据空间的大小，以及尽可能减少板的规格种类等因素综合考虑，以达到结构布置经济、合理的目的。
板的支承有板式和梁板式，预制板直接搁置在墙上的称板式布置，若楼板支承在梁上，梁再搁置在墙上的称为梁板式布置。
板缝处理
板缝能起到传递荷载的作用，使相邻板能共同工作，但施工较麻烦。
①当板缝小于20mm时，用水泥砂浆填缝。
②当板缝小于50mm时，用细石混凝土灌实即可。
③当板缝大于50mm时，应在缝中加钢筋网片再灌细石混凝土。
④当板缝为120mm时，可将缝留在靠墙处，沿墙挑砖填缝。
⑤当板缝大于120mm时，可采用钢筋骨架现浇板带处理.
为了增强楼板的整体刚度，特别是地基条件差的地区或地震区，应在板与墙以及板端连接处设置锚固钢筋.
柱
1工程结构中承受压力和弯矩的竖向构件。
2柱的截面尺寸远小于其高度。
3荷载作用方向与柱轴线平行，当荷载作用线与柱截面形心线重合时为轴心受压；当偏离形心线时为偏心受压（既受压又受弯）。
分类：
按截面形式分类：
方柱、圆柱、管柱、工字形柱等
按所用材料分类：
石柱、砖柱、木柱、钢柱、砼柱等
按柱的破坏特征和长细比分类：
短柱、长柱、中长柱
按受力特点分类：
轴心受压柱、偏心受压柱。
墙
1受压及受剪构件；
2竖向高度和宽度均较大，厚度相对较小；
分类：
1按墙在建筑物中的位置分：
外墙、内墙；
2按墙在建筑物中的受力状态分：
承重墙、自承重墙、非承重墙；
3按墙在建筑物中的作用分：
围护墙、内隔墙；
4根据墙体用料分：
土墙、石墙、砖墙、砌块墙、混凝土墙、复合材料墙等；
5按墙体施工方法分：
现场砌筑；现场浇筑；工厂预制，现场装配。
壳
是一种空间曲面形的结构构件，由曲线形板与作为边缘构件的梁、拱或桁架组成。
在荷载作用下主要承受中面内的压力，有时也承受中面外的弯距、剪力或扭矩。
壳就象动物蛋壳以最薄的壳面能构成强大的蛋体一样，能以较小的构件厚度形成承载能力很高的结构。
杆
截面尺寸远小于其长度的构件，主要承受轴向压力或拉力。
房屋结构中常由他们组成平面桁架或空间网架以承受荷载。
八、〔作业布置〕：
九、〔课后小结〕：
教师姓名：
区雪连
课时授课计划
一、〔授课时间〕：
2012年10月?
日，累计授课课时2节。
二、〔章节课题〕：
第三章土木工程构件及其基本结构（第二节拱、桁架和框架）
三、〔教学目的要求〕：
掌握拱、桁架和框架三种构件形式的特点及适用范围
四、〔教学重点难点〕：
拱、桁架和框架的主要受力方式和适用范围
五、〔教学方法〕：
以课堂授课为主，辅以课堂讨论、提问、章节练习等方式使学生加深对知识的记忆及理解。
六、〔教学用具〕：
运用PowerPoint课件上课。
七、〔教学内容组织〕：
拱
由曲线形构件（拱圈）或折线形构件及其支座组成。
主要承受轴向压力,广泛应用于拱桥,它比同跨度的梁要节省材料。
拱有带拉杆拱和不带拉杆拱之分；按构造分为三铰拱、无铰拱、两铰拱等。
无铰拱：
拱与基础刚性连接，刚度大，对地基变形敏感
三铰拱：
拱与基础铰接，拱顶由铰连接两边的拱构件，刚度较差
两铰拱：
特点介于无铰拱和三铰拱之间
桁架
定义：
由直杆在端部相互连接而成的以抗弯为主的格构式结构。
（桁架是由直线形杆件组成三角形区格集合形成的一种平面结构单元。
）
分类：
1按连接方式分为：
铰接桁架、刚接桁架。
2按受力特性不同分为：
平面桁架、空间桁架。
3按材料不同分为：
钢桁架、钢筋混凝土桁架、木桁架、钢与钢筋混凝土或钢与木的组合桁架。
4按外形不同分为：
三角形桁架、梯形桁架、多边形桁架、平行弦桁架、空腹桁架
桁架一般由上弦杆、腹杆（竖杆和斜腹杆）、下弦杆组成。
桁架结构受力合理，计算简单，施工方便，适应性强，对支座没有横向推力，因此在工程中得到广泛的应用。
在房屋建筑中，桁架常用作为为屋盖承重结构，称为屋架。
目前在工业厂房结构中常见的屋架就是典型的桁架。
如今，桁架结构已经有多种多样的形式，不局限于屋架，在一些大跨度结构、高层建筑、桥梁中都有非常广泛的应用。
在荷载作用下，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度，故适用于较大跨度的承重结构和高耸结构，如屋架、桥梁、输电线路塔、卫星发射塔、水工闸门、起重机架等。
桁架的上弦受压、下弦受拉，由此形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩。
外荷载所产生的剪力则是由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡。
桁架各杆件单元（上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆）均为轴向受拉或轴向受压构件，使材料的强度可以得到充分的发挥。
桁架结构的选型应考虑建筑的用途、建筑造型、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材料的供应、施工技术等因素以及各种桁架的特点以及适用范围。
桁架结构应该做到受力合理、技术先进、经济适用。
应用：
民用建筑、工业建筑、公用建筑、娱乐设施、施工设备、公路桥梁，几乎涵盖了土木工程所有领域。
一般常见的桁架结构有排架结构、船舶海洋平台、高层建筑和桁架桥等。
排架结构一般指由屋架和柱组成的结构体系，常用于单层工业厂房，比起刚架结构，更适合于有大跨度要求的工业建筑。
排架常见的形式有单跨排架、多跨排架、等高排架、不等高排架和锯齿形排架。
作为建筑结构的主要承载结构，即用桁架或密封空间桁架代替结构中柱和梁，既有框架的作用，同时其斜腹杆还为结构提供支撑作用，保证高层结构的抗侧能力，一般应用在高层（超高层）建筑中；
作为高层建筑结构的加强层或转换层。
公共建筑一般指商场、展览会议中心、体育中心、车站、航站楼等。
由于桁架合理的力学行为，因此在公共建筑，特别是中、大跨度的公共建筑中常常会广泛应用。
桁架结构施工方便，拼装简易，施工工期短，也是它成为公共建筑选用结构的原因之一。
桁架桥指的是以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁。
桁架桥一般由主桥梁、上下水平纵向联结系、桥门架和中间横撑架以及桥面系组成。
在桁架中，弦杆是组成桁架外围的杆件，包括上弦杆和下弦杆，连接上、下弦杆的杆件叫腹杆，按腹杆方向的不同又区分为斜杆和竖杆。
弦杆与腹杆所在的平面就叫主桁平面。
⏹大跨度桥架的桥高沿跨径方向变化，形成曲弦桁架；中、小跨度采用不变的桁高，即所谓平弦桁架或直弦桁架。
⏹桁架结构可以形成梁式桥、拱式桥，也可以作为缆索支撑体系桥梁的主梁（或加劲梁）。
海洋平台是为在海上进行钻井、采油、集运、观测、导航、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物。
海洋平台一般采用刚架、框架结构，也有使用桁架结构。
设备在建筑工程现场，脚手架，施工电梯笼、塔吊的主塔，都可以看成是桁架结构。
很多重型机器的承重部分也都会采用桁架结构。
桁架结构比梁结构具有更多更大的优点：
⒈扩大了梁式结构的适用跨度；
⒉桁架可用各种材料制造如钢筋混凝土、钢、木均可；
⒊桁架由杆件组成，体型可以多样化
⒋施工方便，桁架可以整体制造后吊装，也可以在施工现场高空进行杆件拼装。
框架
定义：
由水平向布置的梁或屋架和竖向布置的柱组成的一种平面或空间、单层或多层的承重结构。
框架节点铰接称为排架；节点刚接称为刚架。
多层刚接框架称为框架。
排架结构
多用于单层工业厂房，主要结构构件有基础、柱子、吊车梁、屋架或屋面梁。
排架结构的柱与基础为刚接，屋架与柱顶为铰接。
框架结构
框架受力体系由梁、柱组成，能承受较大的竖向荷载，承受水平荷载能力较差。
八、〔作业布置〕：
九、〔课后小结〕：
教师姓名：
区雪连
课时授课计划
一、〔授课时间〕：
2012年10月?
日，累计授课课时2节。
二、〔章节课题〕：
第三章土木工程构件及其基本结构（第三节高层建筑结构）
三、〔教学目的要求〕：
掌握主要的几种高层建筑结构形式
四、〔教学重点难点〕：
各种结构形式的特点、适用范围
五、〔教学方法〕：
以课堂授课为主，辅以课堂讨论、提问、章节练习等方式使学生加深对知识的记忆及理解。
六、〔教学用具〕：
运用PowerPoint课件上课。
七、〔教学内容组织〕：
一般10层及10层以上的居住建筑或房屋高度大于24m的公共建筑称为：
高层建筑；
高度超过100m的建筑为超高层建筑。
房屋的总高度决定着高层建筑的结构体系、平面与立面布局、强度、刚度与整体性等要求。
高层建筑结构有钢结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土混合结构等。
高层建筑的结构体系有：
✓框架结构体系、
✓由梁、柱刚性连接组成。
✓优点：
柱网间距可大可小，建筑平面布置灵活。
✓缺点：
抗侧移刚度小，侧向变形大。
✓钢筋混凝土延性框架结构，具有较好的抗震性能。
在水平力作用下，框架结构的侧向变形以剪切变形为主，侧移曲线表现为剪切型。
（a）由梁和柱的弯曲变形产生的侧移，侧移曲线表现为剪切型，即愈到下部，层间变形愈大；
（b）柱的轴向拉、压变形产生的侧移，侧移曲线表现为弯曲型，即愈到上部，层间变形愈大。
由梁和柱刚性连接而成骨架的结构。
平面布置灵活、提供较大的室内空间；结构侧向刚度较小，水平荷载作用下侧移大，抗震性能差。
框架结构有全框架结构、内框架结构和底层框架结构；
全框架结构按照梁、柱连接程度不同，分为：
*现浇式：
整体性能好，抗震性能好，现场工作量大，费模板
*装配式：
标准化、工厂化生产：
，施工速度快，整体性能差，抗震性能弱
*装配整体式：
兼有现浇式和装配式两者的优点
✓剪力墙结构体系、
用墙体承受竖向荷载和抵抗水平荷载
剪力墙的间距小（一般为3~8m），平面布置不灵活。
整体性好，抗侧刚度大，承载力大，在水平力作用下的侧向变形小，容易满足承载力和侧移变形限值要求。
钢筋混凝土延性剪力墙，具有较好的抗震性能。
在历次大地震中，剪力墙结构破坏较少。
例如，1977年的罗马尼亚地震，布加勒斯特的几百幢高层剪力墙结构仅有一幢的一个单元倒塌，高层框架结构却有32幢倒塌。
自重大、刚度大、基本周期短、地震力大。
剪力墙结构应用最多的是10~30层的高层住宅。
高度很大的剪力墙结构并不经济。
在水平力作用下，剪力墙结构以弯曲变形为主，侧移曲线表现为弯曲型。
当房屋的层数更高时，横向水平荷载对结构设计起控制作用，采用纵横布置的剪力墙承受全部水平荷载和竖向荷载显然更趋合理。
全部采用纵横布置的剪力墙组成，剪力墙不仅承受水平荷载，亦用来承受垂直荷载。
✓框架—剪力墙结构体系、
高层建筑中常遇到：
底部需要大开间开设商店宜采用框架结构；上部用于住宅或写字楼又宜采用剪力墙结构。
这时需设置巨形的转换层将两种结构组合在一起，这种结构称之为框支剪力墙结构。
需在其交界位置设置巨型的转换大梁，将上部剪力墙的力传至下部柱子上。
在结构中同时布置框架和剪力墙，就形成框架－剪力墙结构。
将两个方向的剪力墙围成筒体，就形成框架－筒体结构。
兼有框架结构和剪力墙结构的优点。
可以设计成双重抗侧力体系。
结构设计的关键是剪力墙的数量和布置：
剪力墙的数量不必太多，以满足变形限制为宜。
在平面布置上，力求刚度均匀、对称，避免刚心与质心有大的偏离，减小地震的扭转效应。
框架－剪力墙（筒体）结构适合于建造高层建筑。
⏹当建造高度不大（约20～30层）时，剪力墙可以做成筒体，也可以布置成分散的单片剪力墙，比较灵活。
⏹当建造高度增大至40～50层，甚至更高时，剪力墙做成筒体更为有效。
⏹用多筒体，或剪力墙与筒体结合，常常可以满足建筑平面为各种几何形状的要求，也容易满足平面布置刚度均匀的要求。
由于框架、剪力墙协同受力，在水平力作用下，框架—剪力墙结构的侧移曲线呈弯剪型。
弯剪型侧移曲线的层间变形沿建筑高度比较均匀。
✓筒体结构体系、
筒体结构是由一个或多个筒体作承重结构的高层建筑体系，适用于层数较多的高层建筑筒体在侧向风荷载的作用下，其受力类似刚性的箱型截面的悬臂梁，迎风面将受拉，而背风面将受压。
筒式结构分类：
◆内筒体系、
◆框筒体系、
◆筒中筒体系、
◆多束筒体系等。
1由建筑内部的电梯间或设备管井筒体与外部框架组成，也可由筒体和桁架组成。
2指内芯由剪力墙构成，周边为框架结构。
⏹由密柱深梁框架布置在建筑周边，组成框筒；
⏹由梁、柱、斜支撑形成桁架，并由数片带有斜杆的桁架布置在建筑周边，围成“筒”状，就形成了桁架筒。
3当周边的框架柱布置较密时，可将周边框架视为外筒，而将内芯的剪力墙视为内筒，则构成筒中筒体系。
⏹筒中筒结构的外筒为框筒或桁架筒，钢筋混凝土结构的内筒可以采用剪力墙围成的实腹筒，钢结构的内筒则采用钢结构桁架筒或钢结构框筒。
⏹内外筒之间一般不设柱（也可设柱），它与框架—核心筒结构平面形式相似（由外围周边结构与内筒结构组成），但是，从受力分析上看，它们有很大的区别，前者外围是筒体（框筒或桁架筒），后者外围是一般框架。
⏹筒中筒结构的抗侧刚度和抗扭刚度很大，适用于50层以上的高层建筑，20世纪60～80年代成为高层建筑的主要体系，但是由于它的平面形状呆板，柱距小，近年来应用已逐渐减少。
⏹在水平力作用下，外框筒的变形以剪切型为主，内筒以弯曲型为主。
通过楼板，外筒和内筒协同工作，筒中筒结构侧移曲线呈弯剪型，具有结构刚度大、层间变形均匀等特点。
⏹筒中筒结构的楼板起水平刚性隔板的作用，使内、外筒协同工作，保持结构“筒”的形状，因此楼板必须有足够的平面内刚度。
4两个或两个以上的框筒紧靠在一起成“束”状排列，称为束筒。
⏹束筒的腹板框架数量多，也就使翼缘框架与腹板框架相交的“角柱”增加，这样可以大大减小剪力滞后效应。
⏹束筒可以组成较复杂的建筑平面图形。
⏹束筒结构的刚度和承载力比筒中筒结构更大，可用于平面复杂或更高的建筑。
✓巨型桁架结构、
将桁架的斜杆布置在结构的周边，以提高结构刚度和整体性。
采用此结构，周边框架柱的柱距比较大，框筒的作用微弱
✓巨型框架结构、
⏹巨型框架的巨型柱用筒体做成，巨型梁用高度很大的箱形构件或桁架做成。
⏹巨型梁可以隔若干层设置一根，巨型梁之间设置只承受竖向荷载的次结构。
⏹巨型框架结构的主要优点是适合于多功能需要和建筑布置复杂的高层建筑。
⏹水平荷载由巨型框架承担，其抗侧刚度由巨型梁、巨型柱的刚度而定。
⏹巨型梁之间的次结构可以变化，或者不设次结构而形成一个大空间。
⏹保持结构沿高度的规则性是巨型结构的最大优点。
✓悬挂结构体系等。
将各楼层的重量通过支承这些楼层的悬臂构建（梁或桁架）传到核心筒上，再传至基础，是楼层柱由受压变为受拉。
八、〔作业布置〕：
九、〔课后小结〕：
教师姓名：
区雪连
课时授课计划
一、〔授课时间〕：
2012年10月?
日，累计授课课时2节。
二、〔章节课题〕：
第三章土木工程构件及其基本结构（第四节空间结构体系）
三、〔教学目的要求〕：
掌握四种主要的空间结构形式
四、〔教学重点难点〕：
四种空间结构形式的特点及应用。
五、〔教学方法〕：
以课堂授课为主，辅以课堂讨论、提问、章节练习等方式使学生加深对知识的记忆及理解。
六、〔教学用具〕：
运用PowerPoint课件上课。
七、〔教学内容组织〕：
空间结构20世纪新型结构，主要用于大中跨度建筑物的屋盖上。
基本涵义：
一是指结构跨度比较大；二是指结构受力体系是空间的。
目前有薄壳结构、网架结构、悬索结构、膜结构。
1由曲面形板与边缘构件（梁、拱或桁架）
组成的空间结构。
能以较薄的板面形成承载能力高、刚度大的承重结构。
薄壳结构属空间结构体系。
它相当于把双向板平板做成曲板，使曲板的内力改变为受压为主。
薄壳结构是一种形抵抗结构。
薄壳结构赖以获得这种能力的“形”就是曲面。
薄壳的结构效能就归功于曲面的曲率和几何特征。
其常用的形状为圆顶、筒壳、折板、双曲扁壳和双曲抛物面壳。
2由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连接而成的空间结构。
具有空间受力合理、重量轻、刚度大，跨度大、抗震性能好等优点。
网架可按外形分为平面网架和曲面网架。
3悬索结构由索网、边缘构件和支承结构三部分组成。
屋面荷载通过索网传递到支承柱，再由柱传递到基础。
钢索用多股钢铰线或钢丝绳制成，是一种大跨度屋盖的理想结构形式。
4膜结构是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式，是由多种高强薄膜材料（PVC或Teflon）及加强构件（钢架、钢柱或钢索）通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状，作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。
膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类。
充气膜结构是靠室内不断充气，使室内外产生一定压力差（一般在10㎜～30㎜水柱之间）,室内外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力，从而实现较大的跨度。
张拉摸结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型，其造型非常优美灵活。
八、〔作业布置〕：
九、〔课后小结〕：
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