某船厂造船事业部办公综合楼结构设计(毕业设计).doc

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1、某船厂造船事业部办公综合楼结构设计1 设计资料工程名称:某船厂造船事业部办公综合楼设计建设地点:浙江省杭州市工程概况:建筑总高为15.6m,共5层。其中底层层高为3.6m,其余各层层高为3.0m。局部突出屋面的塔楼为楼梯间,高3.0m。基本风压:0.35kN/m2,基本雪压:0.45kN/m2,抗震设防烈度:6度,不考虑抗震设防计算。2 结构设计的一般原则21 结构设计目的工程设计是工程建设的首要环节,是整个工程的灵魂。先进合理的设计对于改建、扩建、新建项目缩短工期、节约投资、提高经济效益起着关键作用,使项目达到安全、适用、经济、美观的要求。因而建筑结构设计的基本目的就是要在一定经济条件下赋予

2、结构以适当的可靠度,使结构在预定的基准期内能满足设计所预期的各种功能要求。22 结构设计的一般原则为了达到建筑设计的基本目的,结构设计中应符合以下一般原则:符合设计规范;选择合理的结构设计方案;减轻结构自重;采用先进技术。23 结构选型231 结构体系选型对于一般多层民用建筑,根据使用和工艺要求、材料供应情况和施工技术条件,常选用的结构形式有混合结构、钢筋混凝土框架结构和框架剪力墙结构等结构体系。由于混合结构整体性差,难于满足大空间的使用要求,而框架剪力墙结构多用于1025层的高层建筑。而框架结构强度高、结构自重轻,可以承受较大楼面荷载,在水平作用下具有较大的延性。此外框架结构平面布置灵活,能

3、设置大空间,易于满足建筑功能要求。故该五层办公楼选用框架结构。232 框架施工方法钢筋混凝土框架结构按施工方法不同,有现浇式、装配式和整体装配式三种。现浇式框架的全部构件都在现场整体浇筑,其整体性和抗震性能好,能较好的满足使用要求。故框架采用现浇施工方法。233 其他结构选型1. 屋面结构:采用现浇钢筋混凝土肋形屋盖,屋面板厚120mm。2. 露面结构:采用现浇钢筋混凝土肋形楼盖,露面板厚120mm。3. 楼梯结构:采用钢筋混凝土板式楼梯。4. 过梁:门窗过梁均采用钢筋混凝土梁,并采用纵向框架兼做窗过梁。5. 墙基础:因持力层不太深,承载力高,采用自乘墙基大放脚。6. 基础:因基础持力层不太深

4、,地基承载力高,采用钢筋混凝土柱下独立基础。24 框架结构计算简图及构件尺寸241 简化假定建筑物是复杂的空间结构体系,要精确地按照三维空间结构来进行内力和位移分析十分困难。为简化计算,对结构体系引入以下基本假定:(1) 在正常设计、正常施工和正常使用的条件下,结构物在设计基准期内处于弹性工作阶段,其内力和位移均按弹性方法计算;(2) 楼面(或屋面)在自身平面内的刚度无限大,在平面外的刚度很小,可忽略不计。242 计算单元多层框架结构是由纵、横向框架结构组成的空间结构体系,在竖向荷载作用下,各个框架之间的受力影响较小。本设计中取KJ2作为计算单元 ,如图21所示:图21 结构平面布置图243

5、计算简图现浇多层框架结构设计计算模型是以梁、柱截面几何轴线来确定,并认为框架柱在基础顶面为固接,框架各节点纵、横向均为刚接。一般情况下,取框架梁、柱截面几何轴线之间的距离作为框架的跨度和柱高度。底层柱高从基础顶面算至二层楼面,基础顶面标高根据地质条件、室内外高差,定为-1.1m,二层楼面标高为3.6m,故底层柱高为4.7m。其余各层柱高为楼层高3.0m。由此可绘出框架计算简图,如图22所示:图22 框架结构计算简图244 梁柱截面尺寸及惯性矩多层框架结构是超静定结构,在计算内力前必须先确定杆件的截面形状、尺寸和惯性矩。1 初估构件截面尺寸及线刚度(1). 梁截面尺寸 边跨 取h=600mm 取

6、b=250mm 则取边跨截面尺寸为:hb=250mm600mm中跨 考虑刚度因素,取取 则取边跨截面尺寸为:hb=250mm500mm(2). 柱截面尺寸 底层柱尺寸 按轴压比要求计算,由公式 : 式中: 轴压比取1.0;轴压比增大系数,本设计取=1.0; F柱的荷载面积; 单位建筑面积上重力荷载值,近似取12-15 kN/m2; n验算截面以上楼层层数。 对于顶层中柱: 如取柱截面为正方形,则其边长为416。 根据以上计算结果,并考虑其他因素,本设计中所有柱子截面尺寸都取500mm500mm。 非计算单元的内梁截面尺寸初估方法如上,计算从略。2. 框架梁、柱线刚度计算 由于现浇楼面可以作为梁

7、的有效翼缘,增大梁的有效刚度,减少框架侧移。考虑这一有利因素,边框架梁取,对中框架梁取。(为梁矩形截面惯性矩) 边跨梁: 中跨梁: 柱: 相对线刚度:取。则其余各杆件相对线刚度为: 框架梁、柱的相对线刚度如图23所示,将作为计算节点杆端弯矩分配系数的依据。图23 梁柱相对线刚度图25 荷载计算251 恒载标准值计算1. 屋面防水层(刚性):30mm厚C20细石混凝土防水 1.00kN/m2 防水层(柔性):三毡四油铺小石子 0.40kN/m2找平层:15mm厚水泥砂浆 0.01520 kN/m3=0.30kN/m2找坡层:平均40mm厚水泥焦渣找坡 0.04014 kN/m3=0.56kN/m

8、2保温层:60mm厚1:10水泥膨胀珍珠岩 0.06012 kN/m3=0.72kN/m2结构层:120mm厚现浇钢筋混凝土板 0.12025 kN/m3=3.00kN/m2抹灰层:10mm厚混合砂浆 0.01017 kN/m3=0.17 kN/m2合计 6.15kN/m22. 各层楼面(含走廊)水磨石地面(10mm厚面层,20mm厚水泥砂浆打底) 0.65kN/m2结构层:120mm厚现浇钢筋混凝土板 0.12025 kN/m3=3.00kN/m2抹灰层:10mm厚混合砂浆 0.01017 kN/m3=0.17kN/m2合计 3.82kN/m2 3. 梁自重hb=300mm700mm梁自重:

9、 0.3(0.7-0.12)25 kN/m3=4.35kN/m抹灰层:10mm厚混合砂浆 0.01(0.7-0.12+0.25/2) 217 kN/m3=0.25kN/m 合计 4.60kN/m hb=250mm600mm梁自重: 0.25(0.6-0.12)25 kN/m3=3.00kN/m抹灰层:10mm厚混合砂浆 0.01(0.6-0.12+0.25/2) 217 kN/m3=0.21kN/m 合计 3.21kN/m hb=250mm500mm梁自重: 0.25(0.5-0.12)25 kN/m3=2.38kN/m抹灰层:10mm厚混合砂浆 0.01(0.5-0.12+0.25/2) 2

10、17 kN/m3=0.17kN/m 合计 2.55kN/m 4. 柱自重 hb=500mm500mm柱自重: 0.50.525 kN/m3=6.25kN/m抹灰层:10mm厚混合砂浆 0.01(0.5+0.5) 217 kN/m3=0.34kN/m 合计 6.59kN/m 5. 外纵墙自重 标准层纵墙: (3.0-0.6)(8.4-0.5)-1.51.52 0.2418 kN=62.46kN铝合金窗(1.51.5): 1.51.520.35 kN=1.58kN贴瓷砖外墙面: 3.0(8.4-0.5)-1.51.52 0.5 kN=9.60kN水泥粉刷内墙面: 3.0(8.4-0.5)-1.51

11、.52 0.36 kN=6.91kN 合计 80.55kN 底层纵墙: (4.7-0.6)(8.4-0.5)-1.51.52 0.2418 kN=120.48kN铝合金窗(1.51.5): 1.51.520.35 kN=1.58kN贴瓷砖外墙面: 3.6(8.4-0.5)-1.51.52 0.5 kN=11.97kN水泥粉刷内墙面: 3.6(8.4-0.5)-1.51.52 0.36 kN=8.62kN 合计 142.65kN6. 内纵墙自重 标准层纵墙: (3.0-0.6)(8.4-0.5)-0.92.12 0.2418 kN=123.60kN门(hb=0.92.1): 0.92.120.1

12、5 kN=0.57kN粉刷墙面: (3.0-0.6)(8.4-0.5)-0.92.12 0.362 kN=10.93kN 合计 78.08kN/m 底层纵墙: (4.7-0.6)(8.4-0.5)-0.92.12 0.2418 kN=123.60kN门(hb=0.92.1): 0.92.120.15 kN=0.57kN粉刷墙面: (3.6-0.6)(8.4-0.5)-0.92.12 0.362 kN=14. 34kN 合计 138.51kN/m 7. 内隔墙自重 标准层墙重: (3.0-0.6)(6.0-0.5)0.2418 kN=57.02kN粉刷墙面: (3.0-0.6)(6.0-0.5)

13、 0.362 kN=9.05kN 合计 66.07kN 底层墙重: (4.7-0.6)(6.0-0.5)0.2418 kN=97.42kN粉刷墙面: (3.6-0.6)(6.0-0.5) 0.362 kN=11.88kN 合计 109.30kN 252 活荷载标准值计算1. 屋面和楼面活荷载标准值上人屋面:2.0kN/m2楼面:办公室:2.0kN/m2 ;走廊:2.0kN/m22.雪荷载:基本雪压:0.45kN/m2雪荷载标准值:屋面活荷载和雪荷载不同时考虑,二者中取大值。253 竖向荷载下框架受荷总图1. BC,DE轴间框架梁屋面板传荷载:板传至梁上的三角形或梯形荷载为均布荷载,荷载的传递示

14、意图,如图24所示:图24 荷载传递示意图恒载:活载: 楼面板传荷载:荷载传递示意图如图24所示恒载: 活载: 梁自重: 2BC,DE轴间框架梁均布荷载为:屋面梁:恒载=梁自重+板传荷载= 活载=板传荷载 =楼面梁:恒载=梁自重+板传荷载 = 活载=板传荷载=CD轴间框架梁均布荷载为:梁自重: 屋面梁:恒载=梁自重 =活载=0楼面梁:恒载=梁自重=活载=03. B、E轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱:女儿墙自重(做法:墙高1100mm,混凝土压顶100mm)天沟自重:现浇,如图25所示 顶层柱恒载=女儿墙及天沟自重+纵梁自重+板传荷载顶层柱活载=板传荷载=标准层柱恒载=外纵墙自重+纵梁自重+板传荷

15、载+横隔墙 顶层柱活载=板传荷载 =4. C、D轴柱纵向集中荷载的计算顶层柱恒载=梁自重+板传荷载 顶层柱活载=板传荷载 =标准层柱恒载=内纵墙自重+纵梁自重+板传荷载+横隔墙 顶层柱活载=板传荷载 =由上可作出框架在竖向荷载作用下的受荷总图,如图26所示:图26 竖向荷载作用下受荷总图254 竖向荷载下框架受荷总图作用在屋面梁和搂面梁节点处的集中风荷载标准值:为了简化计算,通常将计算单元范围内外墙面的分布荷载化为等量的作用于楼面的集中风荷载。式中:基本风压 风压高度变化系数。因建设地点处于大城市郊区,地面粗糙程度为B类; 风荷载体型系数,查表取=1.3; 风振系数。由于结构高度小于30m,且

16、高宽比18.4/14.4=1.261.5,则取=1.0; 下层柱高; 上层柱高,顶层取女儿墙高度的两倍; B计算单元迎风面宽度(B=8.4m)计算过程见表21表21 风荷载标准值计算层数离地高度518.11.0 1.3 1.2 0.353.0 2.4 12.38 413.11.0 1.3 1.1 0.353.0 3.0 12.61 310.11.0 1.3 1.0 0.353.0 3.0 11.47 27.11.0 1.3 1.0 0.353.0 3.0 11.47 14.11.0 1.3 1.0 0.354.1 3.0 13.57 255 竖向荷载下框架受荷总图1. 侧移刚度见表22和表23

17、表22 横向25层D值的计算构件名称B轴柱0.30120909C轴柱0.51335636D轴柱0.51335636E轴柱0.30120909表23 横向底层D值的计算构件名称B轴柱0.5519967C轴柱0.71712970D轴柱0.71712970E轴柱0.55199672. 风荷载下框架位移计算水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算:式中: 第j层的剪力; 第j层所有柱的抗侧刚度之和; 第j层的层间位移。第一层的层间位移值求出以后,就可以计算各楼板标高处的侧移值的顶点侧移值,各层楼板标高处的侧移值应该是该层以下各层层间侧移之和,顶点侧移是所有各层层间侧移之和。j层侧移 顶点侧移 框架在风

18、荷载下侧移的计算见表24,如下:表24 框架在风荷载下侧移计算层号512.3812.381130900.000111/27273412.6124.991130900.000221/13636311.4735.461130900.000321/9375211.4747.931130900.000471/7143113.5761.50458760.001341/3060侧移验算:层间最大侧移值为: 1/30601/550,满足要求顶点侧移 且 u/H=1/75101/650,满足要求26 荷载计算为简化计算,考虑如下几种单独受荷情况:恒载满布情况;活载分跨布置作用(分左布活载、中布活载、右布活载)

19、风荷载作用(分左风和右风)对于第(1)种情况,采用分层法计算;第(2)种情况利用PF程序计算;第(3)情况,采用D值法计算。261 恒载作用下的内力计算在竖向荷载作用下框架内力采用分层法进行简化计算,此时每层框架梁同上、下层柱组成基本计算单元。竖向荷载产生的梁端弯矩只在本层内进行弯矩分配,单位之间不再进行传递。计算步骤如下:根据各杆件的线刚度计算各节点杆端弯矩分配;计算竖向荷载作用下各跨梁的固端弯矩,并将各节点不平衡弯矩进行第一次分配;将所有杆端的分配弯矩向远端传递;将个节点因传递弯矩而产生的不平衡弯矩进行第二次分配,使得各节点处于平衡状态;将各杆件的固端弯矩,分配弯矩和传递弯矩相加即可得各杆

20、端弯矩。1. 计算分配系数说明:计算时除底层柱以外,其它各层柱的线刚度先乘以,取传递系数为(梁和底层柱的传递系数为)。分配系数按以下式计算:式中:为节点第根杆件的相对转动刚度;为节点各杆件相对转动刚度之和。由于本榀框架结构、受力对称,在分层法计算时可取半结构进行计算。2. 梁的固端弯矩均布恒载和柱顶集中活载偏心引起的固端弯矩构成节点不平衡弯矩,利用以下公式计算:可求得各梁端弯矩,如表2和表2表2恒载作用下固端弯矩跨跨恒载简图固端弯矩简图固端弯矩表2柱顶集中力产生的偏心弯矩柱柱柱柱顶层其他层00262 活载作用下的内力计算竖向活荷载是可变荷载,它可以单独的作用在某层的某一跨或某几跨,也可能同时作

21、用于整个结构。对于构件的不同截面或同一截面的不同种类的最不利内力往往有个不相同的活荷载最不利布置位置,最不利内力的种类来确定。本设计中将活荷载分跨布置(分为左布活载、中布活载、右布活载三种情况),并求出内力,然后叠加求出控制截面的不利内力。在分布活荷载下,其集中力会在节点处产生偏心弯矩。如下:左布活荷载柱:;柱:中布活荷载柱:;柱:右布活荷载柱:;柱:28 梁柱截面配筋图框架梁、柱截面配筋除满足承载力要求外,对于梁和的偏心受压还应满足裂缝宽度的要求。由于框架内力计算得到的值是轴线处的内力,而梁两端的控制截面应该是柱子边处的截面,因此根据轴线处的内力转换成截面处的内力,可按下式计算: 式中:、柱

22、边处的控制截面的弯矩和剪力 M、V框架柱轴线处梁的弯矩和剪力 b柱宽度 g、q上的恒载和活载。281 梁柱截面配筋计算由前面计算出的内力组合表可以看出,一、二层的内力相差不大,三、四层的内力相差不大。为方便施工,一、二层梁采用一种配筋(按一层梁计算),三、四层梁采用一种配筋(按三层梁计算),顶层采用一种配筋。材料:混凝土 C30 钢筋 HRB335 1. 正截面受弯承载力计算以一层梁BC()为例计算,按单筋截面计算:去保护层厚度为,则。查表可知:跨中截面 而 所以 选配钢筋:,实配钢筋面积:同理可计算得到其他截面的配筋,对于CD跨中梁截面,由于间距很小,为方便施工,按C支座处配筋。梁BC和梁C

23、D各截面的正截面受弯承载力配筋计算见表213:表213 框架梁正截面配筋计算层号计算公式梁BC待添加的隐藏文字内容1梁CDB支座跨中C支座右C支座左一层-98.36 75.59 -96.62 -62.63 94.36 /-98.73 -45.52 -74.77 75.59 -71.94 -51.32 0.066 0.066 0.063 0.066 0.068 0.068 0.065 0.068 458 458 438 376 322 322 322 268 三层-87.07 67.33 -80.77 -45.77 -90.71 /-90.60 -32.92 -64.39 67.33 -58.1

24、2 -37.54 0.056 0.059 0.051 0.049 0.058 0.061 0.052 0.050 391 411 350 277 322 322 322 268 五层-66.95 104.14 -84.21 -42.21 -111.45 /-117.24 -17.32 -39.09 104.14 -54.90 -37.88 0.034 0.091 0.048 0.049 0.035 0.096 0.049 0.050 236 613 330 277 322 322 322 268 2. 斜截面受剪承载力计算以一层梁BC支座B处为例计算,如下:截面尺寸满足要求。斜截面承载力为:按

25、构造配筋,选双肢箍。最小配筋率:故所配箍筋满足要求。同理可计算其它截面斜截面抗剪承载力,具体计算见表2所示:表2框架梁斜截面配筋计算截面层号配筋B五层112.96 105.33 141.39 是三层90.71 85.03 141.39 一层94.36 88.68 141.39 C左五层118.60 110.97 141.39 是三层90.60 84.92 141.39 一层98.73 93.05 141.39 C右五层17.32 16.68 116.37 是三层32.92 32.28 116.37 一层45.25 44.61 116.37 3. 框架梁裂缝宽度验算与梁的正截面配筋计算一样,梁的

26、裂缝宽度验算也考虑顶层、三四层、一二层,其内力组合项同梁配筋时的组合项,但内力组合值采用荷载短期效应组合(即采用荷载标准值作用下弯矩值参与组合)。框架梁短期荷载效应组合见表2,表2:表2框架梁短期荷载效应弯矩组合表截面层数弯矩标准值组合值恒载左活中活右活左风右风B支座五层-30.55 -16.48 -2.96 3.59 4.60 -4.60 -52.19 三层-28.01 -22.08 -3.67 4.35 16.68 -16.68 -66.20 一层-22.74 -18.17 -1.83 1.82 36.41 -36.41 -73.51 BC跨中五层67.45 16.42 0.15 -1.4

27、0 0.87 -0.87 84.02 三层40.14 12.53 0.02 -0.57 2.66 -2.66 53.83 一层42.79 13.12 0.02 -0.34 6.10 -6.10 60.11 C支座左五层-48.93 -10.98 3.26 -6.39 -2.86 2.86 -67.14 三层-35.81 -13.16 3.71 -5.48 -11.36 11.36 -62.81 一层-35.78 -15.90 1.86 -2.49 -24.22 24.22 -74.13 C支座右五层-18.90 6.32 0.92 -11.34 4.16 -4.16 -32.85 三层-7.8

28、0 10.34 0.41 -12.42 16.48 -16.48 -33.81 一层-9.10 3.03 0.26 -5.90 35.14 -35.14 -46.04 CD跨中五层-17.06 -2.51 0.92 -2.51 0.00 0.00 -22.08 三层-5.96 -1.04 0.41 -1.04 0.00 0.00 -8.04 一层-7.26 -1.44 0.26 -1.44 0.00 0.00 -10.14 表2框架梁短期荷载效应剪力组合表截面层数剪力标准值组合值恒载左活中活右活左风右风B支座五层68.40 21.02 1.04 -1.66 1.24 -1.24 87.14 三

29、层46.73 21.59 1.23 -1.64 4.67 -4.67 63.07 一层45.86 20.48 0.62 -0.72 10.11 -10.11 55.75 C支座左五层-74.52 -19.18 1.04 -1.66 1.24 -1.24 -92.16 三层-49.33 -18.61 1.23 -1.64 4.67 -4.67 -63.35 一层-50.20 -19.72 0.62 -0.72 10.11 -10.11 -59.50 C支座右五层3.06 -7.36 0.00 7.36 3.47 -3.47 6.56 三层3.06 -9.48 0.00 9.48 13.73 -1

30、3.73 -0.77 一层3.06 -3.72 0.00 3.72 29.28 -29.28 -19.94 以一层梁BC为例计算,如下:裂缝验算满足要求。同理验算其它截面处裂缝宽度,见表2表2框架梁裂缝宽度验算截面层数组合值组合值配筋AssktedeqmaxB支座五层-52.1987.14-30.41603102.610.016 0.304 160.042 三层-66.263.07-50.34402170.140.016 0.620 160.141 一层-73.5155.75-59.57603200.980.016 0.694 160.187 BC跨中五层84.02/84.02603283.4

31、60.016 0.812 160.308 三层53.83/53.83603181.610.016 0.650 160.158 一层61.11/60.11763160.270.010 0.285 180.092 C支座左五层-67.14-92.16-44.1402148.780.016 0.551 160.110 三层-62.81-63.59-49.97402168.590.016 0.616 160.139 一层-74.13-59.5-59.62402199.930.016 0.692 160.185 C支座右五层-32.856.56-31.21402127.440.010 0.075 160

32、.018 三层-33.81-0.77-33.62402137.820.010 0.152 160.039 一层-46.04-19.94-41.06402168.320.010 0.324 160.100 CD跨中五层-22.08/-22.0840290.510.010 -0.343 160.067 三层-8.04/-8.0440232.960.010 -2.864 160.074 一层-10.14/-10.1440241.570.010 -2.043 160.056 裂缝宽度满足要求,按表中配筋进行框架梁配筋。4. 计算梁端箍筋加密区的范围根据规范要求,计算加密区范围及箍筋间距加密区长度区和5

33、00m中的较大者边跨 中跨 所以加密区长度边跨取900mm,中跨取525mm加密区最大间距取中的较小者;边跨: 加密区箍筋间距取100mm中跨: 加密区箍筋间距87.5mm282 框架柱的配筋计算1. 轴压比验算底层柱:轴压比:由于所取轴力为柱轴力最大值,故所有柱轴压比都满足要求。2. 截面尺寸复核取因为,属一般梁所以大于各层柱剪力组合最大值,截面尺寸满足要求。3. 正截面受弯承载力计算在实际工程中为减少计算量,便于施工,往往相邻几层柱采用相同配筋。本设计中,五层柱采用一种计算结果配筋,三、四层柱按第三层的计算结果进行配筋,一、二层柱按第一层柱的计算结果进行配筋。()选择最不利的内力组 一般按

34、下述原则选取:弯矩M与轴力N均较大者为不利;轴力一大一小,且均为大偏压时,轴力小者不利;弯矩接近,当为小偏心受压时,轴力大者为不利,当为大偏心受压时,轴力小者为不利;轴力接近时,弯矩大者为不利。(2)相关计算资料 对于现浇楼盖,底层柱:;其余层:(H为各层柱高) 保护层厚度混凝土采用:钢筋采用:,查表:由构造要求,全部纵筋的配筋率不得超过,也不得小于.,一侧配筋率不得小于.2%。每侧且()轴柱计算第五层柱计算,柱同一截面承受正反两个方向弯矩,采用对称配筋。从柱的内力组合表可见,按大偏心计算,则最不利内力组合选择及相应的。求偏心增大系数:,取,取 每侧实配,第三层柱计算:从柱的内力组合表可见,弯矩相近按大偏心计算,则最不利内力组合选择及相应的。求偏心增大系数:,取,取按构造配筋,每侧实配,第一层柱计算:从柱的内力组合表可见,轴力相近,取弯矩大者为最不利内力。按小偏心计算,求偏心增大系数:,取按构造配筋,每侧实配,(4)C轴柱计算第五层柱计算,柱同一截面承受正反两个方向弯矩,采用对称配筋。从柱的内力组合表可见,按大偏心计算,则最不利内力组合选择及相应的。求偏心增大系数:,取,取 按构造配筋,每侧实配,第三层柱计算:从柱的内力组合表可见,弯

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