CN104153467B - 一种连接建筑结构中剪力墙与混凝土楼板的装置及其设置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连接建筑结构中剪力墙与混凝土楼板的装置及其设置方法。该装置由多根锚固钢筋、竖向锚板和U形带齿部件组成，锚固钢筋的一端都固定在竖向锚板的内表面，另一端伸入剪力墙内；U形带齿部件的一端则固定在竖向锚板的外表面；U形带齿部件的设置高度位于混凝土楼板的厚度中央；U形带齿部件的下部为水平板，两侧设有带矩形齿的竖直板，锚固钢筋的总横截面积与其材料强度的乘积不小于混凝土板内指向剪力墙的板内钢筋的总横截面积与板内钢筋材料强度的乘积。本发明替代现有技术中设置于剪力墙内与混凝土楼板相连的连接钢筋，简化了剪力墙和混凝土楼板施工过程中的钢筋设置工作，避免了现有施工技术对剪力墙的破坏，并可减少施工工期。
Description
技术领域
本发明涉及一种连接建筑结构中剪力墙与混凝土楼板的连接装置及其设置方法，属于建筑工程领域。
背景技术
剪力墙和混凝土楼板(本发明中混凝土楼板包括屋面板)是在建筑结构中应用得非常广泛的构件。剪力墙一般是竖向设置，用于抵抗建筑结构所承受的水平作用(如风、水平地震等)，也承担竖向荷载(如建筑物的自重、使用荷载等)。混凝土楼板一般水平设置，承担竖向荷载，也通过水平抗剪刚度协调同一楼层所有竖向构件的变形。
剪力墙和混凝土楼板之间应设置可靠的连接，才能保证两者在水平方向协调变形，并且保证楼层剪力按照剪力墙与框架柱的剪切刚度比进行分配。
目前建筑结构中的剪力墙与混凝土楼板之间一般通过连接钢筋连接。连接钢筋的材料强度、数量与横截面积通常与混凝土楼板内指向剪力墙的钢筋的材料强度、数量和横截面积相等。
如图1、图2所示为现有技术下剪力墙和混凝土楼板的连接关系示意图，其中图1是竖向剖面图，图2是平面示意图。剪力墙1和混凝土楼板2之间会设置较多的连接钢筋4，连接钢筋4一端伸入剪力墙1中，另一端伸入混凝土楼板2中，与混凝土楼板2内指向剪力墙1的板内钢筋3搭接。按现有技术的做法，连接钢筋4的材料强度、数量与横截面积与板内钢筋3相同。
混凝土楼板2内指向剪力墙1的板内钢筋3数量较多。在竖直方向：一般在混凝土楼板2的板面和板底均匀分布，如果混凝土楼板2较厚，则在板厚度中间还会增加一层。在水平方向：板内钢筋3的间距一般不超过200mm。例如：剪力墙1在水平方向长25m，混凝土楼板2内指向剪力墙1的板内钢筋3分为板面和板底设置，间距均为100mm，那么板内钢筋3的数量总共有500根。按照现有技术，在剪力墙1浇筑之前，需要在剪力墙1的钢筋笼上绑扎500根连接钢筋4，以便与板内钢筋3一一搭接，这是很大的工作量，会耗费大量工时。
图3所示为现有技术下剪力墙模板设置示意图。为了缩短工期，在高层建筑结构施工时，一般采用剪力墙1的施工进度快于混凝土楼板2的方法，所以往往是混凝土楼板2落后于剪力墙1好几层才能施工。
浇筑剪力墙1之前，需要先将连接钢筋4与剪力墙1的钢筋笼绑扎固定，然后在剪力墙1外面设置模板5。等到浇筑混凝土楼板2的时候，模板5以内的混凝土已经硬化了，这时再拆除模板5，浇筑混凝土楼板2。这样的做法面临一个问题：浇筑剪力墙1时所设置的模板5，总是会跨越混凝土楼板2所处的高度，而预留在剪力墙1中准备与混凝土楼板2相连的连接钢筋4则会妨碍模板5的设置。
按照现有技术，实际工程中一般采用以下三种方法来解决这个问题：
1、将连接钢筋4与剪力墙1的钢筋笼绑扎固定时，先将连接钢筋4伸出剪力墙1外面的部分向上或者向下弯折，使它们不妨碍模板5的设置，等到拆除模板5之后，再凿除部分混凝土，将连接钢筋4弯折的部分从剪力墙1墙体里挖出并重新弯折回水平(如图4、图5所示)。这种做法在目前应用最为广泛。但因为连接钢筋4的数量很多，一根一根的绑扎和弯折非常耗费工时和费用，且为了将连接钢筋4从剪力墙1墙体里挖出，需要凿掉约400～500mm高的剪力墙1的墙体混凝土，凿深约20mm。如果剪力墙1的厚度为300mm，墙的内外两侧都有楼板，这样墙体就会被凿除约40mm的厚度，使得剪力墙1在混凝土楼板2附近的厚度减小为原设计的87％，形成薄弱部位，对建筑结构的安全不利。
2、使剪力墙1和混凝土楼板2的施工进度相同。模板5仅设置到混凝土楼板2底部(如图6)，剪力墙1也只是浇筑到混凝土楼板2的高度。等到混凝土楼板2的混凝土硬化以后，再继续安装其上一层的模板5。而上一层的模板5也仅设置到上一层的混凝土楼板2底部。采用这种做法会减缓施工进度，在工期要求很紧时，难以被采用。
3、安装模板5和浇筑剪力墙1时，并不预先设置连接钢筋4，而是在浇筑剪力墙1完成，混凝土硬化并拆除模板5后，通过在剪力墙1上钻孔和化学植筋的方式设置连接钢筋4。采用这种方法会遇到三个问题：(1)因为连接钢筋4数量众多，而化学植筋花费较高，所以经济性不好且工作量大；(2)剪力墙1内的钢筋数量也很多，在已浇筑完成的剪力墙1侧壁钻孔，经常会碰到墙体内的钢筋而不得不换个位置重新钻孔，最终导致剪力墙1表面到处是孔；(3)新硬化的混凝土强度还比较低，这样密集钻孔会在剪力墙1内部造成很多裂缝，降低其承载力。
该问题是困扰本技术领域的一个难题。由于现有的施工方法沿用多年，操作方法相对熟悉，技术人员难以走出现有技术的束缚。但是，找到一种更为便利、经济的施工工艺，是一个迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有方法的不足，提供一种连接建筑结构中剪力墙与混凝土楼板的装置及其设置方法，该装置可以简化剪力墙和混凝土楼板施工过程中连接钢筋的设置工作，缩短施工工期，并且不减小剪力墙厚度，也不会使剪力墙内部产生大量裂纹。
本发明的目的通过下述方法实现：
一种连接建筑结构剪力墙与混凝土楼板的装置，由多根锚固钢筋、竖向锚板和U形带齿部件组成，所述锚固钢筋的一端都固定在竖向锚板的内表面，另一端伸入剪力墙内；U形带齿部件的一端则固定在竖向锚板的外表面；U形带齿部件的设置高度位于混凝土楼板的厚度中央；U形带齿部件的下部为水平板，两侧设有带矩形齿的竖直板，混凝土楼板中指向剪力墙的钢筋与U形带齿部件搭接；锚固钢筋的总横截面积与其材料强度的乘积不小于混凝土板内指向剪力墙的板内钢筋的总横截面积与板内钢筋材料强度的乘积；锚固钢筋伸入剪力墙深度不小于锚固钢筋的直径的15倍。
优选地，所述竖向锚板采用型钢。
所述竖向锚板的宽度不小于U形带齿部件的宽度，竖向锚板的高度不小于U形带齿部件的高度，竖向锚板的厚度T3满足要求：10mm≤T3≤30mm；竖向锚板的材料强度与U形带齿部件的材料强度相等。
设混凝土楼板厚为H2，所述U形带齿部件的高度H4满足要求：40mm≤H4≤H2-40mm。
所述U形带齿部件中的矩形齿的宽度为20mm，齿的深度为20mm，齿间距与混凝土楼板中平行于剪力墙的钢筋的间距相同。
所述U形带齿部件采用多层水平钢板、栓钉、锚栓或型钢。
所述锚固钢筋采用栓钉、锚栓、钢板或型钢。
所述U形带齿部件的长度优选为500mm。
所述连接建筑结构剪力墙与混凝土楼板的装置的设置方法：预先把锚固钢筋和竖向锚板连接在一起，在剪力墙浇筑之前，将锚固钢筋和竖向锚板的组合体固定在剪力墙的钢筋笼上；竖向锚板的外表面设置与剪力墙的外表面平齐，而锚固钢筋则伸入剪力墙的内部；剪力墙浇筑完成，混凝土硬化并拆除模板后，再在竖向锚板的外表面焊接U形带齿部件；将混凝土楼板中指向剪力墙的板内钢筋会延伸至距离剪力墙10～20mm之处，板内钢筋与U形带齿部件的搭接长度控制为480～490mm；浇筑混凝土楼板的混凝土后，则剪力墙与混凝土楼板牢固连接在一起。
在同一楼层高度上可水平并排设置多个本发明装置，如果混凝土楼板2的板厚较大，还可以在竖直方向布置两层本发明装置，甚至多层，只要在本楼层满足上述要求即可。
在同一楼层高度上可设置多个本发明装置，只要在本楼层满足上述要求即可。
除以上规定之外，本发明装置的设置、几何参数和材料强度还应遵循本技术领域的相关规范要求。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
1)本发明的锚固钢筋与竖向锚板预先在工厂焊接制成，在现场只需要将它们固定在剪力墙的钢筋笼上即可。竖向锚板可以做得很长，这样可以一次性固定较多的锚固钢筋。而按照现在的常用做法，需要在剪力墙钢筋笼上逐根绑扎连接钢筋，耗费很多人力，拖长工期；
2)本发明的U形带齿部件并不是预先焊接在竖向锚板的外表面，而是在拆除剪力墙模板之后再跟竖向锚板焊接的，这样浇筑剪力墙之前，竖向锚板的外表面与剪力墙外表面平齐，不影响设置剪力墙模板。而按照现在的常用做法，连接钢筋向外伸出剪力墙，严重妨碍剪力墙模板的设置；
3)采用本发明，在剪力墙模板拆除后，再把U形带齿部件与竖向锚板焊接。因U形带齿部件宽度B4和厚度T4可取较大，所以U形带齿部件的数量少，焊接工作量小。而按照现在的常用做法，需要将弯折埋入剪力墙中的连接钢筋逐根凿挖出来折回水平，或者需要在剪力墙中逐根化学植筋相比，具有明显的人工工作量小、耗费时间较少的优点；
4)采用本发明，不用凿挖剪力墙的混凝土，故剪力墙不会因此存在厚度突变的薄弱部位；不用在刚硬化的剪力墙上钻孔植筋，故剪力墙中不会因此存在过多的内部裂缝。这些特点对于剪力墙的安全性极为有利。
附图说明
图1是现有技术下剪力墙和混凝土楼板的连接关系竖向剖面示意图；
图2是现有技术下剪力墙和混凝土楼板的连接关系平面示意图；
图3是现有技术下剪力墙模板设置示意图；
图4是现有技术下将连接钢筋向上或向下弯折示意图；
图5是现有技术下将钢筋从剪力墙里挖出并重新弯折回水平状态示意图；
图6是现有技术下剪力墙模板仅设置到混凝土楼板底示意图；
图7是本发明装置部件尺寸三维示意图；
图8是实施例1中高层建筑所采用的结构体系示意图；
图9是实施例1中所采用的本发明装置三维示意图。
具体实施方式
为进一步理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例。
如图7所示，一种连接建筑结构剪力墙与混凝土板的装置，主要由多根锚固钢筋8、竖向锚板6和U形带齿部件7组成；所述锚固钢筋8一端通过焊接固定在竖向锚板6的内表面，另一端伸入剪力墙1；U形带齿部件7一端通过焊接固定在竖向锚板6的外表面，U形带齿部件7的设置高度位于混凝土楼板的厚度中央；U形带齿部件7由钢板制成，立面为U形(如附图7所示)。U形带齿部件7的下部为水平板，两侧设有带矩形齿的竖直板。设置竖直板的目的是在剪力墙1与混凝土楼板2有相对水平位移趋势时，混凝土楼板不至于被U形带齿部件7的水平板劈裂。设置矩形齿的目的是为了方便设置混凝土楼板2中平行于剪力墙1的钢筋。锚固钢筋8的总横截面积与其材料强度的乘积不小于混凝土板2内指向剪力墙的板内钢筋3的总横截面积与板内钢筋3材料强度的乘积；考虑到锚固钢筋8在工作时主要起抗剪作用，故按照现行《混凝土结构设计规范》(GB50010‐2010)中对于抗剪钢筋锚固长度的要求，锚固钢筋8伸入剪力墙1深度不小于锚固钢筋8的直径的15倍。
本发明装置在工作时，板内钢筋3所承担的内力通过混凝土的承压能力传递给U形带齿部件7，然后由U形带齿部件7传递给竖向锚板6，接下来通过竖向锚板6传递给锚固钢筋8，最后内力传递给剪力墙1，达到本装置的设计目的。所以，在内力传递途径中，下一级部件的承载力均不得小于前一级部件的承载力。
具体而言：设混凝土楼板内指向剪力墙的板内钢筋3的材料强度为f2、截面面积为As2，则锚固钢筋8的材料强度f1与总横截面积AS1应满足下述要求：则f1×As1≥f2×As2。
U形带齿部件7应全截面与竖向锚板6焊接，所以竖向锚板6的宽度B3应不小于U形带齿部件7的宽度B4，竖向锚板6的高度H3应不小于U形带齿部件7的高度H4，竖向锚板6的厚度T3满足要求：10mm≤T3≤30mm。
U形带齿部件7的宽度B4，材料强度f4和厚度T4应满足下述要求：f4×B4×T4≥f2×As2。
设混凝土楼板2厚H2，则U形带齿部件7的高度H4应满足要求：40mm≤H4≤H2-40mm。
U形带齿部件7中的矩形齿的宽度为20mm，齿的深度为20mm，齿间距与混凝土楼板2中平行于剪力墙1的钢筋的间距相同，一般为100～200mm。
U形带齿部件7的长度L4为500mm。
在同一楼层高度上可水平并排设置多个本发明装置，如果混凝土楼板2的板厚较大，还可以在竖直方向布置两层本发明装置，甚至多层，只要在本楼层满足上述要求即可。
所述锚固钢筋8优选采用栓钉、锚栓、钢板或型钢。
所述竖向锚板6优选采用型钢。
所述U形带齿部件7优选采用多层水平钢板、栓钉、锚栓或型钢。
预先把锚固钢筋8和竖向锚板6连接在一起，在剪力墙1浇筑之前，将锚固钢筋8和竖向锚板6的组合体固定在剪力墙1的钢筋笼上。竖向锚板6的外表面设置与剪力墙1的外表面平齐，而锚固钢筋8则伸入剪力墙1的内部。剪力墙1浇筑完成，混凝土硬化并拆除模板5后，再在竖向锚板6的外表面焊接U形带齿部件7。混凝土楼板2中指向剪力墙的板内钢筋3一般会延伸至距离剪力墙1仅10～20mm之处，而U形带齿部件7的长度L4为500mm，故板内钢筋3与U形带齿部件7的搭接长度可控制为480～490mm。浇筑混凝土楼板2的混凝土后，则剪力墙1与混凝土楼板2就通过本发明的装置牢固连接在一起。
本发明装置工作时，通过楼板2中的混凝土的挤压作用，混凝土楼板2中指向剪力墙的板内钢筋3的内力可传递给U形带齿部件7，而后，由U形带齿部件7将内力通过竖向锚板6传递给锚固钢筋8，再通过剪力墙1中混凝土的挤压作用，内力传递给剪力墙1，满足设计目的。
本发明装置对于剪力墙1和混凝土楼板2的连接作用不小于按照现在常用做法中，采用连接钢筋4的连接作用。
实施例
某高层建筑结构设计共60层，总高度超过250米，采用框架-核心筒结构体系，即建筑中心区域由4片封闭围合的剪力墙1组成核心筒，剪力墙1的厚度取值为：1～10层的墙厚为1000mm，11～20层墙厚为900mm，21～30层墙厚为800mm，31～40层墙厚为700mm，41～50层墙厚为600mm，51～60层墙厚为500mm。
组成核心筒的4片剪力墙1在水平方向的长度均为25m，核心筒周围布置框架柱9，如图8所示。混凝土楼板2的厚度为110mm，板内指向剪力墙1的钢筋3采用设计强度f2＝360MPa的三级钢筋，在板面和板底设置，板内钢筋3的直径为10mm，间距为100mm。
按照施工顺序，由下至上浇筑核心筒的剪力墙1和混凝土楼板2，而混凝土楼板2的浇筑速度低于核心筒剪力墙1的浇筑速度。在浇筑核心筒剪力墙1之前先要绑扎核心筒的剪力墙1内部的钢筋笼，按现有技术，接着就是设置连接钢筋4，连接钢筋4也采用设计强度f2＝360Mpa的三级钢筋，对应混凝土楼板2内指向剪力墙1的板内钢筋3的位置一一设置，连接钢筋4直径10mm，间距为100mm。每一楼层的连接钢筋4的数量为2000根。
将连接钢筋4一端伸入剪力墙1的钢筋笼固定，另一端伸出剪力墙1的外边，为了不妨碍剪力墙的模板5的设置，需要将连接钢筋4伸出剪力墙1的部分向上或向下弯折。设置剪力墙的模板5后浇筑混凝土，待核心筒剪力墙1的混凝土硬化后，拆除剪力墙的模板5，凿开剪力墙1的混凝土，将2000根弯折的连接钢筋4一一从墙内挖出，并掰回到水平状态。然后开始设置混凝土楼板内指向核心筒剪力墙的板内钢筋3，使连接钢筋4与板内指向核心筒剪力墙1的板内钢筋3一一搭接后，浇筑混凝土楼板2。
按照现有技术的施工工艺，由于连接钢筋4数量较多，因此，此施工方法耗费大量工时。同时，由于凿挖墙体造成剪力墙1在混凝土楼板2附近厚度减小，产生薄弱部位，对墙体的安全造成不利影响。
采用本发明装置，可先在工厂将竖向锚板6与锚固钢筋8焊接完成，然后在浇筑核心筒的剪力墙1的混凝土前将已焊接在一起的竖向锚板6和锚固钢筋8的组合体固定在与混凝土楼板2相对应的高度，随即浇筑混凝土。待核心筒剪力墙1的混凝土硬化后将剪力墙的模板5拆除，在竖向锚板6上焊接U形带齿部件7，U形带齿部件7对齐混凝土楼板2厚度的中央。然后设置混凝土楼板2中的板内钢筋3，之后浇筑混凝土楼板2。
在本实施例中，锚固钢筋8采用与混凝土楼板2内指向剪力墙的板内钢筋3相同的材料强度f1＝360MPa的三级钢筋，但锚固钢筋8的直径取20mm，间距100mm。因此，根据f1×As1≥f2×As2的要求，锚固钢筋8的数量为板内钢筋3的数量的1/4，本实施例中每一楼层高度锚固钢筋8共计500根，对应于每一片剪力墙1共计125根，分上下两层设置，上下层之间间距50mm。锚固钢筋8伸入剪力墙1的深度为300mm。
本实施例中的竖向锚板6的厚度T3＝20mm。竖向锚板6的宽度B3＝1000mm，每一片竖向锚板6的内表面均固定20根锚固钢筋8。竖向锚板6的高度H3＝100mm。竖向锚板6采用钢材材质Q235B。
在每个楼层，每一片剪力墙1设置本发明装置7只，每2只之间的间距为2.25m，每个楼层总共设置本发明装置28只。
U形带齿部件7也采用钢材材质Q235B，材料强度f4＝215Mpa、宽度B4＝900mm，厚度T4＝20mm。每1只本发明装置可以替代71根连接钢筋4的作用。71根连接钢筋4的横截面面积总和As2＝5576mm2。因为(215×900×20＝3870000)≥(360×5576＝2007360)，所以U形带齿部件7的强度足以替代连接钢筋4。
U形带齿部件7的高度H4＝80mm。
板内钢筋3延伸至距离剪力墙10mm处，而U形带齿部件7长L4＝500mm，故板内钢筋3与U形带齿部件7的搭接长度为490mm。
采用本发明的装置，如图9所示。竖向锚板6与锚固钢筋8预先在工厂完成组装，拆除剪力墙模板5之后，再将U形带齿部件7固定在竖向锚板6的外表面，而且通过实施例的分析，本发明装置数量少，所以现场施工时间相对于采用现有技术的方法大为减少，可以提高效率，缩短工期，施工难度也大幅减小。
Claims (9)
1.一种连接建筑结构剪力墙与混凝土楼板的装置，其特征在于，由多根锚固钢筋、竖向锚板和U形带齿部件组成，所述锚固钢筋的一端都固定在竖向锚板的内表面，另一端伸入剪力墙内；U形带齿部件的一端则固定在竖向锚板的外表面；U形带齿部件的设置高度位于混凝土楼板的厚度中央；U形带齿部件的下部为水平板，两侧设有带矩形齿的竖直板，混凝土楼板中指向剪力墙的钢筋与U形带齿部件搭接；锚固钢筋的总横截面积与其材料强度的乘积不小于混凝土板内指向剪力墙的板内钢筋的总横截面积与板内钢筋材料强度的乘积；锚固钢筋伸入剪力墙深度不小于锚固钢筋的直径的15倍；
应用时，预先把锚固钢筋和竖向锚板连接在一起，在剪力墙浇筑之前，将锚固钢筋和竖向锚板的组合体固定在剪力墙的钢筋笼上；竖向锚板的外表面设置与剪力墙的外表面平齐，而锚固钢筋则伸入剪力墙的内部；剪力墙浇筑完成，混凝土硬化并拆除模板后，再在竖向锚板的外表面焊接U形带齿部件；将混凝土楼板中指向剪力墙的板内钢筋会延伸至距离剪力墙10～20mm之处，板内钢筋与U形带齿部件的搭接长度控制为480～490mm；浇筑混凝土楼板的混凝土后，则剪力墙与混凝土楼板牢固连接在一起。
2.根据权利要求1所述的连接建筑结构剪力墙与混凝土楼板的装置，其特征在于，所述竖向锚板采用型钢。
3.根据权利要求1所述的连接建筑结构剪力墙与混凝土楼板的装置，其特征在于，所述竖向锚板的宽度不小于U形带齿部件的宽度，竖向锚板的高度不小于U形带齿部件的高度，竖向锚板的厚度T3满足要求：10mm≤T3≤30mm；竖向锚板的材料强度与U形带齿部件的材料强度相等。
4.根据权利要求1所述的连接建筑结构剪力墙与混凝土楼板的装置，其特征在于，设混凝土楼板厚为H2，所述U形带齿部件的高度H4满足要求：40mm≤H4≤H2-40mm。
5.根据权利要求1所述的连接建筑结构剪力墙与混凝土楼板的装置，其特征在于，所述U形带齿部件中的矩形齿的宽度为20mm，齿的深度为20mm，齿间距与混凝土楼板中平行于剪力墙的钢筋的间距相同。
6.根据权利要求1所述的连接建筑结构剪力墙与混凝土楼板的装置，其特征在于，所述U形带齿部件采用多层水平钢板、栓钉、锚栓或型钢。
7.根据权利要求1所述的连接建筑结构剪力墙与混凝土楼板的装置，其特征在于，所述锚固钢筋采用栓钉、锚栓、钢板或型钢。
8.根据权利要求1所述的连接建筑结构剪力墙与混凝土楼板的装置，其特征在于，所述U形带齿部件的长度为500mm。
9.权利要求1‐8任一项所述连接建筑结构剪力墙与混凝土楼板的装置的设置方法，其特征在于，预先把锚固钢筋和竖向锚板连接在一起，在剪力墙浇筑之前，将锚固钢筋和竖向锚板的组合体固定在剪力墙的钢筋笼上；竖向锚板的外表面设置与剪力墙的外表面平齐，而锚固钢筋则伸入剪力墙的内部；剪力墙浇筑完成，混凝土硬化并拆除模板后，再在竖向锚板的外表面焊接U形带齿部件；将混凝土楼板中指向剪力墙的板内钢筋会延伸至距离剪力墙10～20mm之处，板内钢筋与U形带齿部件的搭接长度控制为480～490mm；浇筑混凝土楼板的混凝土后，则剪力墙与混凝土楼板牢固连接在一起。
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