福建装配整体式结构设计导则.docx

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福建装配整体式结构设计导则

 

福建省装配整体式结构设计导则

(征求意见稿)

 

福建省住房和城乡建设厅发布

二〇一四年十二月

1概述

为促进建筑产业现代化的发展,指导设计单位在预制装配式钢筋混凝土结构的设计中贯彻执行国家的技术经济政策,做到安全适用、技术先进、经济合理、质量可靠,特制定本导则。

请在福建省装配式结构的设计、建设、管理工作中遵照执行。

本设计导则由福建省住房和城乡建设厅负责管理,由设计导则编制组负责具体技术内容的解释。

 

 

2总则

2.1编制依据

2.1.1现行行业标准《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1-2014

2.1.2现行地方标准《福建省预制装配式混凝土结构技术规程》DBxx-xxx-2014

2.2基本思想

为落实“节能、降耗、减排、环保”的基本国策,实现资源、能源的可持续发展,推动福建省建筑产业的现代化进程,提高工业化水平,特制订本导则。

装配式建筑具有工业化水平高、施工现场湿作业量少、材料消耗小、可减少工地扬尘和建筑垃圾等优点,它有利于实现提高建筑质量、提高生产效率、降低成本、实现节能减排和保护环境的目的。

与上一代的装配式结构相比,新一代的装配式结构采用了许多先进技术。

本导则以润泰体系为基础,综合反映了国内外近几年来在装配式结构领域的最新科研成果和工程实践经验;要求装配整体式结构的可靠度、耐久性及整体性等基本上与现浇混凝土结构等同;所提出的各项要求与国家现行相关标准协调一致。

2.3基本原则

根据结构的整体性和抗震性能的要求,本导则强调预制构件和后浇混凝土相结合的结构措施。

本导则的基本设计概念,是在采用成熟连接技术的基础上,通过合理的构造措施,提高装配式结构的整体性,实现装配式结构与现浇混凝土结构基本等同的要求。

本导则适用于非抗震设计及抗震设防烈度为6度-8度抗震设计地区的乙类及乙类以下的各种民用建筑,其中包括居住建筑和公共建筑。

结构体系主要包括:

装配整体式框架结构、装配整体式剪力墙结构、装配整体式框架一现浇剪力墙结构。

对装配式筒体结构、装配整体式部分框支剪力墙结构、板柱结构、梁柱节点为铰接的框架结构等,由于研究工作尚未深入,工程实践较少,本次编制工作暂未纳入。

本导则也未包括甲类建筑,如需采用,应进行专门论证。

由于工业建筑的使用条件差别很大,本规程原则上不适用于排架结构类型的工业建筑。

但是,使用条件和结构类型与民用建筑相似的工业建筑,如轻工业厂房等可以参照本规程执行。

本导则的内容反映了目前装配式结构设计的成熟做法,及其一般原则和基本要求。

设计者应根据国家现行有关标准的要求,结合工程实践,进行技术创新,推动装配式结构技术的不断进步。

3基本概念

3.1装配整体式混凝土结构assembledmonolithicconcretestructure

由预制混凝土构件或部件通过采用各种可靠的方式进行连接,并与现场浇筑的混凝土形成整体的装配式结构。

简称装配整体式结构。

3.2装配整体式混凝土框架结构precastconcreteframestructure

主要受力构件柱、梁、板全部或部分由预制构件(预制柱、叠合梁、叠合板)组成的装配整体式混凝土结构。

简称装配整体式框架结构。

3.3装配整体式混凝土剪力墙结构assembledmonolithicreinforcedconcreteshearwallstructure

混凝土结构的部分或全部采用承重预制墙板,通过节点部位的连接形成的具有可靠传力机制,并与现场浇筑的混凝土形成整体的装配式混凝土剪力墙结构,其整体性能与现浇混凝土剪力墙结构接近;简称装配整体式剪力墙结构。

3.4混凝土叠合受弯构件compositeconcreteflexuralcomponents

在预制混凝土受弯构件安装就位后,在其上部浇筑混凝土而形成整体的受弯构件,包括叠合式混凝土楼(屋)面板和叠合式混凝土梁等;简称叠合板、叠合梁。

3.5预制外墙挂板precastfacadepanel

仅起围护作用的非承重预制混凝土墙板,包括幕墙板和非幕墙板。

3.6混凝土抗剪粗糙面roughsurface

采用特殊的工具或工艺形成混凝土凹凸不平或骨料显露的表面,实现预制构件与现浇混凝土的牢固结合,简称粗糙面。

3.7钢筋套筒灌浆连接grout-filledsleeveconnection

通过灌注在金属套筒中水泥基灌浆料的传力作用,将带肋钢筋对接连接,所形成的可靠的机械连接接头。

3.8连续复合式箍筋continuousstirrups

利用自动弯折机连续缠绕制作而成,用于柱内的矩形箍筋。

3.9组合式封闭箍筋bendedwiremeshhoops

利用焊接钢筋网或者直条钢筋弯折成U型,开口处弯折135°;把平面钢筋焊接网或者直条钢筋的两端各弯折135°的弯钩作为帽盖,盖在U型钢筋网的上方,形成组合型梁箍筋。

4基本规定

4.1在装配式建筑方案设计阶段,建设单位应协调设计、制作及施工单位之间的关系。

【条文说明】

建设、设计、施工、制作各单位在装配式结构的方案阶段就需要进行协同工作,根据标准化原则共同对建筑的平、立面进行优化,对应用装配式结构的可行性和经济性进行论证,提出综合性能最佳方案。

在施工图设计阶段,建筑、结构、设备、装修等各结施专业也应密切配合,对预制构件的尺寸和形状、节点构造等提出具体技术要求,并对制作、运输、安装和施工全过程的可行性以及造价等作出评估。

此项工作对装配式结构的建筑功能及结构布置的合理性、对工程造价都会产生显著的影响,需要加以重视。

4.2装配式建筑设计应符合现行国家标准《建筑模数协调统一标准》GB50002的规定。

在满足建筑功能和结构安全要求的前提下,确定建筑平立面的基本构成单元;遵循少规格、多组合的原则,实现建筑构配件的标准化与系列化。

【条文说明】

模数协调的目的是实现建筑部件的通用性和互换性,使规格化、通用化的部件适用于各类常规建筑。

同时,大批量的规格化、定型化部件的生产可稳定质量,降低成本。

通用化部件所具有的互换能力,可促进市场的竞争和部件生产水平的提高。

4.3抗震设防的装配式结构,应按现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223确定抗震设防类别及抗震设防标准。

【条文说明】

在抗震设防地区,装配式结构的抗震设防类别及相应的抗震设防标准与现浇混凝土相同,应符合现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223的规定。

4.4装配式结构设计应重视概念设计和预制构件的连接设计,确保主体结构的整体性。

装配式结构的连接节点构造应受力明确、传力可靠,满足结构的承载力、延性和耐久性要求。

对重要且复杂的连接节点构造,应通过专门试验确定。

【条文说明】

装配式结构的设计首先应满足国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第三章“基本设计规定”的各项要求。

本导则的各项基本规定主要是根据装配式结构自身的特点,强调提出的附加要求,保证装配式结构的性能基本等同现浇结构。

装配式结构的设计应注重概念设计并建立相应的结构分析模型,同时应重视预制构件的连接设计。

本导则对于装配式结构设计的主要技术路线,是在可靠的受力钢筋连接技术的基础上,采用预制构件与后浇混凝土相结合的方法,通过连接节点合理的构造措施,将装配式结构连接成整体,保证其结构性能具有与现浇混凝土结构等同的延性、承载力和耐久性能,达到与现浇混凝土结构等同的效果。

装配式结构成败的关键在于预制构件之间,以及预制构件与现浇、后浇混凝土之间的连接技术。

该关键技术包括连接接头的选用和连接节点的构造设计。

欧洲FIB标准将装配式结构中预制构件的连接设计要求归纳为:

标准化、简单化、抗拉能力、延性、变形能力、防火、耐久性和美学等八个方面的要求。

节点连接构造不仅应满足结构的力学性能,尚应满足建筑物理性能的要求。

4.5对装配式结构应进行施工图和预制构件制作详图两阶段设计,并应满足下列要求:

1施工图阶段,应完成装配式结构的整体计算分析、结构构件的截面和配筋设计、节点连接构造设计等,其内容和深度应满足进行预制构件制作详图深化设计的要求;

2预制构件制作详图设计阶段,应综合建筑、结构和设备各专业施工图以及制作、运输、堆放、施工等各环节的综合要求进行深化设计,其内容和深度应符合本规程相关章节的要求。

上述两阶段设计应分别由具有相应资质的单位完成。

预制构件制作详图需经施工图设计单位审核通过。

【条文说明】

在预制构件加工制作阶段,应将各专业、工种所需的预留孔洞、预埋件等一次性完成,避免在施工现场进行剔凿、切割影响质量及观感。

因此在装配式结构的施工图完成后,还需要进行预制构件的深化设计,以确保预制构件的加工制作的精度。

这项工作应由具有相应设计资质的单位完成。

预制构件的深化设计可以委托施工图设计单位,也可委托有相应设计资质的单位。

4.6应根据预制构件的功能、安装部位、加工制作及施工精度等要求,确定合理的公差。

【条文说明】

与传统的建造方法相比,装配式建筑有更多的连接界面。

因此,对工业化生产的预制件需要选择合适的公差。

规定公差的目的就是为了建立预制构件之间的协调标准。

一般来说,基本公差主要包括制作公差、安装公差、位形公差和连接公差。

公差提供了对预制构件推荐的尺寸和形状的边界,构件加工和施工单位根据这些边界制作和安装预制构件,以保证各种预制构件能合理地装配在一起,并控制在安装接缝、构件加工制作、放线定位中的误差发生在允许的范围内,使连接处的功能、质量和美观均能达到预期的设计要求,并不致过高地加大制造成本。

5材料

5.1装配式混凝土结构中,预制构件的混凝土强度等级不应低于C30,预制预应力构件混凝土的强度等级不应低于C40。

节点及接缝处的后浇混凝土强度等级不应低于预制构件的混凝土强度等级,后浇混凝土宜采用微膨胀混凝土。

【条文说明】

高产品质量是新型建筑工业化的目的之一。

预制构件在工厂内生产,生产质量易于控制,因此对其采用的混凝土的最低强度等级的要求高于现浇混凝土。

5.2钢筋套筒灌浆连接接头采用的灌浆料应符合现行行业标准《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T408的规定;套筒灌浆连接接头采用的套筒应符合现行行业标准《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T398的规定。

采用套筒灌浆连接时,钢筋应采用热轧带肋钢筋。

【条文说明】

钢筋套筒灌浆连接接头技术是本规程所推荐主要的接头技术,也是研发各种装配整体式混凝土结构的重要技术基础。

钢筋套筒灌浆连接接头的工作机理如下:

套筒内的灌浆料在具有较高的抗压强度的同时还具有微膨胀特性。

灌浆料膨胀时受到套筒的约束作用,在灌浆料与套筒内壁间将产生较大的压应力。

压应力存在使得带肋钢筋的粗糙表面与灌浆料间具有较大的摩擦力;被连接钢筋的轴向拉力通过摩擦力来传递。

因此,灌浆套筒连接接头要求灌浆料有较高的抗压强度,同时灌浆套筒应具有较大的刚度。

制作灌浆套筒采用的材料可以是碳素结构钢、合金结构钢或球墨铸铁等。

传统的灌浆套筒内侧筒壁的凹凸构造复杂,采用机械加工工艺制作的难度较大。

因此,许多国家和地区,如日本、我国台湾多年来一直使用球墨铸铁采用铸造工艺制造灌浆套筒。

近年来,我国在已有的钢筋机械连接技术的基础上,研发出使用碳素结构钢或合金结构钢采用机械加工方法制作的灌浆套筒。

多年的工程实践证实了这些产品具有良好、可靠的连接性能。

目前,由中国建筑科学研究院主编完成的建筑工业产品标准《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T398已由住房和城乡建设部正式批准,并已发布实施。

装配式结构中所用钢筋连接用灌浆套筒应符合该标准的要求。

灌浆料是钢筋套筒灌浆连接接头的另一个关键技术。

灌浆料应具有高强、早强、无收缩和微膨胀等基本特性,以使其能与套筒、被连接钢筋更有效地结合在一起共同工作,同时可以满足装配式结构快速施工的要求。

《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T398已由住房和城乡建设部正式批准,并已发布实施。

装配式结构中钢筋套筒连接用灌浆料应符合该标准的要求。

5.3当预制构件中采用钢筋焊接网片配筋时,应符合现行国家标准《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》JGJ114及《冷拔低碳钢丝应用技术规程》JGJ19的规定。

【条文说明】

近年来由于节能减排要求的提高,以及劳动力价格的大幅度上涨等因素,在装配式结构的材料选用上要体现工厂化生产、减少人工工时的特点,应鼓励在预制构件中采用钢筋焊接网,以提高建筑的工业化生产水平。

5.4夹心外墙板中内外叶墙板的拉结件应符合下列规定:

1金属及非金属材料拉结件均应其有规定的承载力、变形和耐久性能,并应经过试验验证;

2拉结件应满足夹心外墙板的节能设计要求。

【条文说明】

夹心外墙板可以作为结构构件承受荷载和作用,同时又具有保温节能功能。

它集承重、保温、防水、防火、装饰等多项功能于一体。

因此,夹心外墙板在美国、欧洲等发达国家得到广泛的应用,在我国也得到越来越多的推广。

保证夹心外墙板内外叶墙板拉结件的性能是十分重要的。

在外国的工程实践中出现过由于拉接件失效引起的严重工程事故。

目前,内外叶墙板的拉结件在美国多采用高强玻璃纤维制作,欧洲则采用不锈钢丝制作。

由于我国目前尚缺乏相应的产品标准,本规程仅参考美国和欧洲的相关标准,定性地提出拉结件的基本要求。

我国有关预制夹心外墙板内外叶墙板拉结件的建产品标准的编制工作正在进行,待相关标准颁布后,应按相关标准执行。

6结构设计基本规定

6.1符合现行规程规定的装配整体式混凝土结构的整体计算可按照现浇混凝土结构的计算方法进行设计。

【条文说明】

现行规程对于装配式结构设计的主要技术路线,是在可靠的受力钢筋连接技术的基础上,采用预制构件与后浇混凝土相结合的方法,通过连接节点合理的构造措施,将装配式结构连接成整体,保证其结构性能具有与现浇混凝土结构等同的延性、承载力和耐久性能,达到与现浇混凝土结构等同的效果。

因此,满足现行规程有关要求的装配整体式结构可以按照现浇结构进行整体计算。

当同一结构层内既有预制又有现浇抗侧力构件时,在地震设计状况下,宜对现浇抗侧力构件在地震作用下的弯矩和剪力进行适当的放大。

6.2装配式结构的房屋最大适用高度应符合表6.2的规定。

表6.2装配式结构房屋的最大适用高度(m)

结构体系

非抗震设计

抗震设防烈度

6

7

8(0.2g)

装配整体式框架结构

70

60

50

40

装配整体式框架-现浇剪力墙结构

150

130

120

100

装配整体式剪力墙结构

120(110)

110(100)

100(90)

90(80)

注:

1房屋高度指室外地面到主要屋面的高度(不考虑局部突出屋顶部分);

2当结构中仅水平构件采用叠合梁、板,而竖向构件全部为现浇时,其最大适用高度同现浇结构;

3框架结构加设钢支撑或消能减震装置时,最大适用高度可以按照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011附录G有关规定计算;

4括号外的数值用于外墙为装配整体式、内墙现浇的剪力墙结构,括号内的数值用于外墙和内墙均为装配整体式的剪力墙结构;不规则建筑采用装配整体式剪力墙结构时,其适用的最大高度宜适当降低。

【条文说明】

装配整体式结构的适用高度参照现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3中的规定并适当调整。

根据国内外多年的研究成果,位于地震区的装配整体式框架结构,当采取了可靠的节点连接方式和合理的构造措施后,装配整体式框架的结构性能可以等同现浇混凝土框架结构。

因此,对于装配整体式框架结构,当节点及接缝处采用了适当的构造并满足现行规程中有关条文的要求时,可认为其性能与现浇结构基本一致,其最大适用高度与现浇结构相同。

如果装配式框架结构中节点及接缝构造措施的性能达不到等同现浇结构的要求,则其最大适用高度应适当降低。

装配整体式剪力墙结构中,墙体间的接缝数量多且构造复杂,接缝的构造措施及施工质量对结构整体的抗震性能影响较大,使得装配整体式剪力墙结构抗震性能很难完全等同于现浇结构。

世界各地对装配式剪力墙结构的研究相对较少。

我国近年来,对装配式剪力墙结构进行了大量的研究工作,但由于福建省内装配整体式剪力墙结构尚缺少实践经验,现行规程对于该结构体系适用高度适当从严。

框架-剪力墙结构是当前得到广泛应用的结构体系。

考虑到当前的研究水平,现行规程建议装配整体式框架一剪力墙结构的剪力墙构件采用现浇,以保证结构整体的抗震性能。

装配整体式框架-现浇剪力墙结构中,装配式框架的性能与现浇框架等同,因此整体结构的适用高度与现浇的框架-剪力墙结构相同。

现行规程暂不涉及框架与剪力墙均采用装配式结构体系。

考虑到钢支撑和消能减震装置,具有构件性能好、自重小、便于安装等特点,与装配式结构的技术路线较为切合,因此参照《建筑抗震设计规范》GB50011的相关规定,将设置钢支撑或消能减震装置的框架、框架-剪力墙结构列入现行规程。

6.3抗震设计时,装配整体式结构应根据抗震设防烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算和构造措施要求。

丙类装配整体式结构的抗震等级应符合表6.3规定。

表6.3丙类装配整体式结构的抗震等级

结构类型

抗震设防烈度

6

7

8

装配整体式框架结构

高度(m)

≤24

>24

≤24

>24

≤24

>24

框架

大跨度框架

装配整体式框架-现浇剪力墙结构

高度(m)

≤60

>60

≤24

>24且≤60

>60

≤24

>24且≤60

>60

框架

剪力墙

装配整体式剪力墙结构

高度(m)

≤70

>70

≤24

>24且≤70

>70

≤24

>24且≤70

>70

剪力墙

注:

大跨度框架指跨度不小于18m的框架

乙类装配整体式结构应按本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施;当本地区抗震设防烈度为8度且抗震等级为一级时,应采取比一级更高的抗震措施;当建筑场地为I类时,仍可按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。

【条文说明】

丙类装配整体式结构的抗震等级参照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011和现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3中的规定制定并适当调整。

装配整体式框架结构及装配整体式框架一现浇剪力墙结构的抗震等级与现浇结构相同;由于装配整体式剪力墙结构在国内外的工程实践的数量还不够多,也未经历实际地震的考验,因此对其抗震等级的划分高度从严要求,比现浇结构适当降低。

乙类装配整体式结构的抗震设计要求参照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011和现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3中的规定提出要求。

6.4装配整体式结构平面布置宜符合下列要求:

1平面形状宜简单、规则、对称,质量、刚度分布宜均匀,不应采用严重不规则的平面布置;

2平面尺寸及突出部位尺寸的比值限值按现行行业标准《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ3有关规定执行;

3建筑平面不宜采用角部重叠或细腰形平面布置。

装配整体式混凝土结构竖向体型应规则、均匀,并应避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力竖向突变。

【条文说明】

当前我省正处于建筑产业现代化的初始阶段,装配式结构的实践经验尚不够丰富。

因此,在现阶段对于装配式结构的平面及竖向布置要求,应严于现浇混凝土结构。

特别不规则的建筑在地震作用下受力复杂,且会出现较多的非标准构件,不适宜采用装配式结构。

6.5抗震设计的高层装配式混凝土结构,当其房屋高度、规则性、结构类型等超过现行规程的规定或者抗震设防标准有特殊要求时,可采用结构抗震性能设计方法进行补充分析和论证。

【条文说明】

装配式结构目前在我国方兴未艾,大量的新型体系和节点不断出现。

规程是当前成熟经验的总结,但不能成为新技术发展的障碍。

因此,对于规程未涉及的新型结构体系可以使用抗震性能化设计的方法,对结构的抗震安全性进行评价。

结构抗震性能设计应根据结构方案的特殊性、选用适宜的结构抗震性能目标,并应论证结构方案能否满足预期的抗震性能目标要求。

6.6高层装配式混凝土结构宜优先采用隔震、消能减震设计。

【条文说明】

预制装配式结构需要进行预制构件的运输和吊装,过大的结构自重将对工程的造价和进度产生不利的影响。

因此,在确保结构安全的前提下,应结合装配式结构的技术特点,利用现代的隔震和消能减震技术,达到节材、减重、提高大震安全性的效果。

采用隔震和消能减震技术的高层装配式结构在发达国家,特别是日本,获得了广泛的应用,并经受了高烈度地震的考验。

相对于单纯增加竖向构件面积,通过增大结构刚度来抵抗水平作用的方法,隔震和消能减震技术显然更符合可持续发展的需要。

6.7高层装配整体式混凝土结构宜设置地下室,地下室应采用现浇混凝土结构。

转换梁以及与转换梁相连接的竖向构件不应采用预制构件。

【条文说明】

考虑到福建地区地下水位较高,为确保地下室的功能性要求,在没有可靠实践经验和成熟构造做法的情况下,装配式结构暂时不用于地下室范围。

结构转换层、平面复杂或开洞较大的楼层、作为上部结构嵌固部位的地下室楼层对整体性和传递水平力的要求较高,宜采用现浇楼盖。

转换构件受力较大且在地震作用下容易破坏。

为加强结构的整体性,建议转换层及相邻上一层采用现浇混凝土结构。

转换梁、转换柱是保证结构抗震性能的关键部位。

这些构件往往截面大、配筋多,节点构造复杂,不适合采用预制构件。

6.8装配整体式混凝土结构的层间位移角限值按表6.8采用

表6.8楼层层间最大位移与层高之比的限值

结构类型

限值

装配整体式框架结构

1/550

装配整体式框架-现浇剪力墙结构

1/800

装配整体式剪力墙结构

1/1000

【条文说明】

装配整体式结构的层间位移角限值均与现浇结构相同。

6.9进行结构整体计算时,叠合楼盖在其自身平面内可视为无限刚性。

楼面梁的刚度可计入现浇翼缘的作用予以增大。

【条文说明】

叠合楼盖和现浇楼盖对梁刚度均有增大作用,装配式楼盖中的预制部分由于连接构造的原因对梁刚度增大作用难以定量测算,建议在结构设计中忽略该区域对梁刚度的影响。

6.10装配式混凝土结构上的荷载应根据现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009有关规定计算,地震作用应根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011有关规定计算。

高层装配整体式混凝土结构的荷载及作用应按照现行行业标准《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ3有关规定计算。

【条文说明】

对装配式结构进行承载能力极限状态和正常使用极限状态验算时,荷载和地震作用的取值及其组合均应按现行国家相关标准执行。

7叠合楼盖设计

7.1装配式整体结构中,接缝的正截面承载力应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2010的规定。

接缝的抗剪承载力应符合下列规定:

1持久设计状况:

(7.1-1)

2地震设计状况:

(7.1-2)

在梁、柱端部箍筋加密区尚应符合下式要求:

(7.1-3)

式中:

———

结构重要性系数,按国家相关标准规定取用;

———

持久设计状况下接缝处剪力设计值;

———

地震设计状况下接缝处剪力设计值;

———

持久设计状况下接缝处抗剪承载力设计值;

———

地震设计状况下接缝处抗剪承载力设计值;

———

预制构件端部按照实配钢筋计算的斜截面抗剪承载力

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