CN110778149A - 装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系，包括钢异形柱组合剪力墙、楼板结构、墙板结构、连接组件和工字型钢梁，钢异形柱组合剪力墙与工字型钢梁采用刚性连接，钢异形柱组合剪力墙是在工字型钢柱基础上连接有不同数量、尺寸的T型单元节，楼板结构以预制混凝土板横向拼接为基材，基材上方铺设细石混凝土层，墙板结构由预制混凝土板竖向拼接而成，连接组件包括扁钢、圆弯钩、隔墙槽钢和接缝钢筋。本发明预制程度高，连接方式可靠，现场施工方便，在强化钢柱弱轴方向性能，提高结构整体安全性和抗震性等方面有突出优势。

Description

装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系。
背景技术
传统的建筑方法一般是由工人在工地现场搭建框架和堆砌墙体，不仅人力投入大、建筑工期长、成本高，而且施工易受气候条件制约，建筑的可靠性差。装配式建筑是自上世纪从欧美等国兴起的一种建筑方式，该方式将建筑拆分为具有一定标准的多种建筑部品，建筑部品由工厂预制完成，在现场组合装配，不仅能够节约施工时间，降低成本，而且能大幅减少建筑垃圾和建筑污水的产生，提高施工质量。我国自2015年起便大力推广装配式住宅建设，并于2018年3月开展钢结构装配式住宅建设试点，以促进建筑产业转型升级和技术进步，全面提升建筑业发展质量和效益。
目前，我国在装配式结构的推广应用上取得了一些成果，但主要应用仍是如预制外墙板、预制楼梯等非结构构件，对于承重构件的应用仍比较少，且对装配式结构的整体性能和抗震性能的研究有待提高，此外，目前预制构件的连接方式主要为套筒灌浆和浆锚连接两种，这两种方式均存在施工不便、工艺复杂、可靠性不足等缺点，有待进一步改进。
现有技术针对目前存在的一些问题也提出了相应方案，如申请公布日为2018年5月8号，申请公布号为CN108005410A的中国专利中，公开了一种装配式钢-混凝土混合结构住宅体系及其施工方法，该住宅体系包括预制楼板、钢梁和预制型钢混凝土剪力墙，以预制钢混凝土剪力墙替代传统的现浇钢筋混凝土剪力墙，并对剪力墙结构中钢筋的连接方式进行了改进，利用高强度螺栓连接替代套筒灌浆连接，降低了现场施工的难度和成本，提高了连接可靠性。但是该方案仍存在较大缺陷，例如，方案使用的钢结构仍为常规梁柱截面，存在室内露梁露柱的问题，并且在钢柱弱轴方向的性能无法保证，结构的整体性能不足。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理、施工方便，能有效解决室内露梁露柱问题，强化钢柱弱轴方向性能，提高整体结构安全性和抗震性的装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系，包括钢异形柱组合剪力墙、楼板结构、墙板结构、连接组件和工字型钢梁，其特征在于：所述钢异形柱组合剪力墙与工字型钢梁采用刚性连接，所述钢异形柱组合剪力墙主要有四种，其中，钢异形柱组合剪力墙A在工字型钢的任意一侧靠近端面位置连接有1个以上的T型单元节，并在工字型钢的长T端中心位置延伸0个或1个以上的T型单元节，钢异形柱组合剪力墙B在工字型钢的任意一侧中间位置连接有1个以上的T型单元节，并在工字型钢的两端中心位置延伸0个或1个以上的T型单元节，钢异形柱组合剪力墙C在工字型钢的其中一侧中间位置连接有1个短T型单元节，在另一侧中间位置连接有1个以上的T型单元节，并在工字型钢的两端中心位置延伸0个或1个以上的T型单元节，钢异形柱组合剪力墙D在工字型钢的两侧中间位置均连接有1个以上的T型单元节，并在工字型钢的两端中心位置延伸0个或1个以上的T型单元节；所述楼板结构由预制混凝土板和内部对角方向设有拉筋的细石混凝土层组成，所述预制混凝土板横向拼接形成楼板基体，拼接缝处放置有接缝钢筋，所述细石混凝土层铺设在预制混凝土板上；所述墙板结构由预制混凝土板竖向拼接而成，墙板结构上开设有门洞或窗洞，门洞和窗洞的洞口四周通过钢筋进行加固；所述连接组件包括扁钢、圆弯钩、隔墙槽钢和接缝钢筋，所述扁钢位于楼板结构在楼面内部与钢梁的连接处，所述圆弯钩位于楼板结构在楼面四周端面与钢梁的连接处，所述隔墙槽钢位于墙板结构与钢梁的连接处，隔墙槽钢的槽宽与墙板结构的预制混凝土板的板厚相同且槽口向下，所述接缝钢筋竖直安装在墙板结构与下侧楼板结构的连接处，接缝钢筋的上端固定在墙板结构的预制混凝土板内部，接缝钢筋的下端与楼板结构的预制混凝土板通过螺纹连接。一般的钢结构中普遍存在的问题之一便是露梁露柱问题，梁柱的突出不仅影响住宅的内部观感，而且在装修、家具摆放等方面都会造成一定困扰，将钢柱设计成异形柱能够解决这一问题，根据建筑墙厚减去面层厚度来设定异形柱的翼缘宽度，从而将异形柱隐藏在墙体中，钢异形柱组合剪力墙在工字型钢柱的基础上，根据使用场所和承重要求，在工字侧面增加一定数量的T型单元节，从而增强钢柱在弱轴方向的强度和稳定性，并根据承重需要在工字型的端面延伸对应数量减一的T型单元节，使钢异形柱组合剪力墙的受力保持均匀，楼板结构和墙板结构由预制混凝土板拼接而成，能够大幅缩短现场作业的时间，降低人力成本，并且预制混凝土板与钢梁之间或者预制混凝土板相互之间，根据应用场所的不同分别采用了扁钢、圆弯钩、隔墙槽钢和接缝钢筋等多种连接件进行连接，提高了连接的可靠性，降低了现场施工难度。
作为优选，本发明的钢异形柱组合剪力墙A主要用于墙体的L型拐角处，所述钢异形柱组合剪力墙B主要用于墙体的T型角处，所述钢异形柱组合剪力墙C主要用于带有悬挑阳台的墙体T型角处，所述钢异形柱组合剪力墙D主要用于墙体的十字型角处。实际应用中，根据墙体结构选择对应截面形状的钢异形柱组合剪力墙，能够实现在不影响承重能力和使用安全性的前提下，将钢异形柱组合剪力墙完全隐藏在墙体中，提高室内空间的利用率，适用于各种户型的住宅。
作为优选，本发明的钢异形柱组合剪力墙连接的T型单元节的数量为1-5个，且下层楼层的钢异形柱组合剪力墙具有的T型单元节数量不少于上层楼层具有的数量。随着楼层层数的增加，下层楼层的承重量增大，对其钢结构的力学性能要求变高，下层楼层的钢异形柱组合剪力墙增加更多的单元节能够提高钢异形柱组合剪力墙的刚度，确保钢结构安全稳定，越到上层，钢异形柱组合剪力墙的承重量越小，可相应减少T型单元节的数量，节约成本。
作为优选，本发明的预制混凝土板为蒸压轻质加气混凝土板（ALC板），所述ALC板以石灰质原料和硅酸质原料为主，掺加发泡剂、掺和料、水浇注而成，板料内部布置有经除锈处理的增强钢筋；所述石灰质原料包括水泥、石灰，所述硅酸质原料包括石英砂。ALC板是一种性能优异的新型建材，具有轻质高强、保温隔热性好、隔音效果好、耐火性优良、抗震性优越等特点。
作为优选，本发明的预制混凝土板根据用途不同选用有a、b、c三种不同横截面的板：a板为外墙板，其横截面的左右两侧中部设有半圆形凹槽，外表面的两侧缩进并经倒角处理；b板为内墙板，其横截面的左右两侧中部设有半圆形凹槽，内外表面平整；c板为屋面板或楼面板，其横截面呈凸字形。a板和b板为墙板，其横截面的左右两侧中部的半圆形凹槽用于安装接缝钢筋，c板作为屋面板或楼面板，在安装时凸面朝上，两块c板拼接处形成的凹槽也用于安装接缝钢筋。
作为优选，本发明的细石混凝土层的厚度为50-80mm，细石混凝土层的内部设有拉筋。细石混凝土层能够分散载荷，改善楼面的隔音、隔热和保温性能，并且便于预埋管线，其内部的拉筋能够提高楼面的平面刚度，降低楼面开裂的风险。
作为优选，本发明的钢异形柱组合剪力墙采用防火材料填充，并在防火材料的外层包覆有防火板。钢结构本身的耐火性能差，在发生火灾时易迅速升温，引发变形坍塌，因此需要对其进行防火保护，利用防火材料对钢异形柱组合剪力墙进行填充，能够延长剪力墙的耐火时间，外层包覆防火板进一步提高耐火性能。
作为优选，本发明的隔墙槽钢与墙板结构的预制混凝土板之间填充有一层岩棉。岩棉具有优良的保温、防火和吸音性能，用岩棉填充预制混凝土板与隔墙槽钢之间的缝隙，能其到良好的保温、隔音效果。
作为优选，本发明的预制混凝土板的拼接处形成拼缝，所述拼缝的内部填充有粘结砂浆，粘结砂浆的外侧涂覆有密封胶。在拼缝内填充粘结砂浆并涂覆密封胶以改善墙体的隔热、保温及吸音效果，防止拼缝处产生裂纹。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
（1）利用四种钢异形柱组合剪力墙替代常规钢柱，并根据实际建筑需求将不同截面的钢异形柱组合剪力墙组合运用，既改善了常规钢柱在弱轴方向刚性不足的缺陷，也解决室内的露梁露柱问题。
（2）采用预制混凝土板替代传统的现浇混凝土板，钢异形柱组合剪力墙、预制混凝土板、连接件均为标准化设计、工业化生产、装配化施工，简化了施工操作，缩短了施工周期，提高了建筑效率。
（3）根据钢柱的受力程度不同采取延伸不同数量的T型单元节的方法，既保证钢材的合理使用，又能提高钢异形柱组合剪力墙的力学性能，使建筑的整体安全性和抗震性显著提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的钢异形柱组合剪力墙实际应用示例图。
图2是本发明实施例的钢异形柱组合剪力墙A横截面示意图。
图3是本发明实施例的钢异形柱组合剪力墙B横截面示意图。
图4是本发明实施例的钢异形柱组合剪力墙C横截面示意图。
图5是本发明实施例的钢异形柱组合剪力墙D横截面示意图。
图6是本发明实施例的a板横截面示意图。
图7是本发明实施例的b板横截面示意图。
图8是本发明实施例的c板横截面示意图。
图9是本发明实施例的钢异形柱组合剪力墙与楼板结构示意图。
图10是本发明实施例在A处的放大截面示意图。
图11是本发明实施例的扁钢主视结构示意图。
图12是本发明实施例在B处的放大截面示意图。
图13是本发明实施例的圆弯钩主视结构示意图。
图14是本发明实施例的圆弯钩左视结构示意图。
图15是本发明实施例的墙板结构安装示意图。
图16是本发明实施例在C处的放大截面示意图。
图17是本发明实施例在D处的放大截面示意图。
图18是本发明实施例在E处的放大截面示意图。
图19是本发明实施例的钢异形柱组合剪力墙防火结构示意图。
附图标记说明：1、钢异形柱组合剪力墙；1-1、钢异形柱组合剪力墙A；1-2、钢异形柱组合剪力墙B ；1-3、钢异形柱组合剪力墙C ；1-4、钢异形柱组合剪力墙D；2、楼板结构；3、墙板结构；4、连接组件；5、工字型钢梁；6、工字型钢；7、T型单元节；8、短T型单元节；9、预制混凝土板；9-1、a板；9-2、b板；9-3、c板；10、细石混凝土层；11、扁钢；12、圆弯钩；13、隔墙槽钢；14、接缝钢筋；15、防火材料；16、防火板；17、岩棉；18、拼缝；19、粘结砂浆；20、密封胶；21、凹槽；22、窗洞。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1至图19，本实施例的装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系，包括钢异形柱组合剪力墙1、楼板结构2、墙板结构3和连接组件4和工字型钢梁5。
参见图1至图5，本实施例的钢异形柱组合剪力墙1与工字型钢梁5刚性连接而成，钢异形柱组合剪力墙1根据使用情况分为4种不同的横截面，其中，钢异形柱组合剪力墙A1-1是在工字型钢6的任意一侧靠近端面位置连接有1个以上的T型单元节7，并在工字型的长T端延伸0个或1个以上的T型单元节7，钢异形柱组合剪力墙A1-1通常应用在墙体的L型拐角处；钢异形柱组合剪力墙B1-2是在工字型钢6的任意一侧中间位置连接有1个以上的T型单元节7，并在工字型的两端延伸0个或1个以上的T型单元节7，钢异形柱组合剪力墙B1-2通常应用在墙体的T型角处；钢异形柱组合剪力墙C1-3是在工字型钢6的一侧中间位置连接有1个短T型单元节8，在另一侧中间位置连接有1个以上的T型单元节7，并在工字型的两端延伸0个或1个以上的T型单元节7，钢异形柱组合剪力墙C1-3通常应用在带有悬挑阳台等的墙体T型角处；钢异形柱组合剪力墙D1-4是在工字型钢6的两侧中间位置均连接有1个以上的T型单元节7，并在工字型的两端延伸0个或1个以上的T型单元节7，钢异形柱组合剪力墙D1-4通常应用在墙体的十字型角处。通过对4种截面的钢异形柱组合剪力墙1进行灵活排布、组合，实现不同建筑格局下的梁柱合理分布，从而在不影响承重能力和使用安全性的前提下，将钢异形柱组合剪力墙1完全隐藏在墙体中，解决传统建筑存在的房梁和支撑柱在室内突出的问题，从而增大室内面积，提高室内空间的利用率。
本实施例的钢异形柱组合剪力墙1连接的T型单元节7的数量由所在楼层的钢柱承重量决定，当钢柱承重量大时，增加T型单元节7的数量能改善钢柱的受力情况，提高建筑结构的安全性，随着楼层建筑往上，钢柱的承重量减小，可逐渐减少T型单元节7的数量，以节约钢材，降低建造成本。
参见图6至图8，本实施例的楼板结构2和墙板结构3均以预制混凝土板9作为基材，预制混凝土板9为蒸压轻质加气混凝土板，简称ALC板，该板以水泥、石灰等石灰质原料和石英砂等硅酸质原料为主，掺加发泡剂、掺和料、水等浇注而成，板料内部布置有经除锈处理的增强钢筋，具有轻质高强、保温隔热性好、隔音效果好、耐火性优良、抗震性优越等特点，是一种性能优异的新型建材。墙板结构3选用的预制混凝土板9主要为a板9-1和b板9-2，a板9-1用作外墙板，其横截面的左右两侧中部设有半圆形凹槽21，外表面的两侧缩进并经倒角处理，b板为内墙板，其横截面的左右两侧中部也设有半圆形凹槽21，但内外表面平整，二者的半圆形凹槽21在安装墙板时起定位作用。楼板结构2选用的预制混凝土板9主要为c板9-3，其横截面呈凸字形，安装时凸面朝上。
本实施例的楼板结构2由c板9-3和内部对角方向设有拉筋的细石混凝土层10组成， c板9-3横向拼接形成楼板基体，拼接缝处放置有接缝钢筋14，c板9-3在楼面内部与钢梁5及相邻c板9-3的端面连接处设有扁钢11，扁钢11为长方形钢片，内部设有通孔供接缝钢筋14穿过，扁钢11位于钢梁5的中线上；c板9-3在楼面四周与钢梁5的连接处设有圆弯钩12，圆弯钩12的下部固定在钢梁5上，接缝钢筋14从圆弯钩12上部的弯钩内穿过。细石混凝土层10铺设在c板9-3上，细石混凝土层10的厚度为50mm，内部拉筋的直径为13mm，细石混凝土层10能够分散载荷，改善楼面的隔音、隔热和保温性能，并且便于预埋管线，其内部的拉筋能够提高楼面的平面刚度，降低楼面开裂的风险。
本实施例的墙板结构3由b板9-2竖向拼接装配形成，墙板结构3上开设有窗洞22，洞口四周通过钢筋进行加固，墙板结构3与钢梁5的连接处设有隔墙槽钢13，该隔墙槽钢13的槽宽与b板9-2的板厚一致，隔墙槽钢13与b板9-2之间的安装间隙处填充有岩棉17，使用岩棉17填充能其到良好的保温、隔音效果，墙板结构3与下侧的c板9-3采用一端带螺纹的接缝钢筋14进行连接，连接时接缝钢筋14率先通过螺纹固定在c板9-3的对应螺纹孔内，再将b板9-2安装上，使接缝钢筋14放置在两块b板9-2侧边凹槽21合并后形成的孔内。
本实施例的连接组件4包括上述的扁钢11、圆弯钩12、隔墙槽钢13和接缝钢筋14，采用此类连接方式不仅提高了连接的可靠性，而且降低了现场施工的难度，缩短了施工时间。
本实施例在所有预制混凝土板9拼接后形成的拼缝18内部均填充有粘结砂浆19，并在粘结砂浆19的外侧涂覆有密封胶20，以改善墙体的隔热、保温及吸音效果，防止拼缝处产生裂纹。
本实施例的钢异形柱组合剪力墙1采用防火材料15填充，并在涂料外层包覆有防火板16，由于钢结构本身的耐火性能差，在发生火灾时易迅速升温，引发变形坍塌，因此需要对其进行防火保护，利用防火材料15对钢异形柱组合剪力墙1进行填充，能够延长剪力墙的耐火时间，外层包覆防火板16进一步提高耐火性能。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系，包括钢异形柱组合剪力墙（1）、楼板结构（2）、墙板结构（3）、连接组件（4）和工字型钢梁（5），其特征在于：所述钢异形柱组合剪力墙（1）与工字型钢梁（5）采用刚性连接，所述钢异形柱组合剪力墙（1）主要有四种，其中，钢异形柱组合剪力墙A（1-1）在工字型钢（6）的任意一侧靠近端面位置连接有1个以上的T型单元节（7），并在工字型钢（6）的长T端中心位置延伸0个或1个以上的T型单元节（7），钢异形柱组合剪力墙B（1-2）在工字型钢（6）的任意一侧中间位置连接有1个以上的T型单元节（7），并在工字型钢（6）的两端中心位置延伸0个或1个以上的T型单元节（7），钢异形柱组合剪力墙C（1-3）在工字型钢（6）的其中一侧中间位置连接有1个短T型单元节（8），在另一侧中间位置连接有1个以上的T型单元节（7），并在工字型钢（6）的两端中心位置延伸0个或1个以上的T型单元节（7），钢异形柱组合剪力墙D（1-4）在工字型钢（6）的两侧中间位置均连接有1个以上的T型单元节（7），并在工字型钢（6）的两端中心位置延伸0个或1个以上的T型单元节（7）；所述楼板结构（2）由预制混凝土板（9）和内部对角方向设有拉筋的细石混凝土层（10）组成，所述预制混凝土板（9）横向拼接形成楼板基体，拼接缝处放置有接缝钢筋（14），所述细石混凝土层（10）铺设在预制混凝土板（9）上；所述墙板结构（3）由预制混凝土板（9）竖向拼接而成，墙板结构（3）上开设有门洞和/或窗洞（22），门洞和窗洞（22）的洞口四周通过钢筋进行加固；所述连接组件（4）包括扁钢（11）、圆弯钩（12）、隔墙槽钢（13）和接缝钢筋（14），所述扁钢（11）位于楼板结构（2）在楼面内部与钢梁（5）的连接处，所述圆弯钩（12）位于楼板结构（2）在楼面四周端面与钢梁（5）的连接处，所述隔墙槽钢（13）位于墙板结构（3）与钢梁（5）的连接处，隔墙槽钢（13）的槽宽与墙板结构（3）的预制混凝土板（9）的板厚相同且槽口向下，所述接缝钢筋（14）竖直安装在墙板结构（3）与下侧楼板结构（2）的连接处，接缝钢筋（14）的上端固定在墙板结构（3）的预制混凝土板（9）内部，接缝钢筋（14）的下端与楼板结构（2）的预制混凝土板（9）通过螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系，其特征在于：所述钢异形柱组合剪力墙A（1-1）主要用于墙体的L型拐角处，所述钢异形柱组合剪力墙B（1-2）主要用于墙体的T型角处，所述钢异形柱组合剪力墙C（1-3）主要用于带有悬挑阳台的墙体T型角处，所述钢异形柱组合剪力墙D（1-4）主要用于墙体的十字型角处。
3.根据权利要求1所述的装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系，其特征在于：所述钢异形柱组合剪力墙（1）连接的T型单元节（7）的数量为1-5个，且下层楼层的钢异形柱组合剪力墙（1）具有的T型单元节（7）数量不少于上层楼层具有的数量。
4.根据权利要求1所述的装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系，其特征在于：所述预制混凝土板（9）为蒸压轻质加气混凝土板，所述蒸压轻质加气混凝土板以石灰质原料和硅酸质原料为主，掺加发泡剂、掺和料、水浇注而成，板料内部布置有经除锈处理的增强钢筋；所述石灰质原料包括水泥、石灰，所述硅酸质原料包括石英砂。
5.根据权利要求1所述的装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系，其特征在于：所述预制混凝土板（9）根据用途不同选用有a、b、c三种不同横截面的板：a板（9-1）为外墙板，其横截面的左右两侧中部设有半圆形凹槽（21），外表面的两侧缩进并经倒角处理；b板（9-2）为内墙板，其横截面的左右两侧中部设有半圆形凹槽（21），内外表面平整；c板（9-3）为屋面板或楼面板，其横截面呈凸字形。
6.根据权利要求1所述的装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系，其特征在于：所述细石混凝土层（10）的厚度为50-80mm，所述细石混凝土层的内部设有拉筋。
7.根据权利要求1所述的装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系，其特征在于：所述钢异形柱组合剪力墙（1）采用防火材料（15）填充，并在防火材料（15）的外层包覆有防火板（16）。
8.根据权利要求1所述的装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系，其特征在于：所述隔墙槽钢（13）与墙板结构（3）的预制混凝土板（9）之间填充有一层岩棉（17）。
9.根据权利要求1所述的装配式异形柱组合剪力墙钢结构住宅体系，其特征在于：所述预制混凝土板（9）的拼接处形成拼缝（18），所述拼缝（18）的内部填充有粘结砂浆（19），粘结砂浆（19）的外侧涂覆有密封胶（20）。
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