CN106545089A - 一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构及其实施方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构及其实施方法，包括两个边柱，边柱两侧壁上均开有卡槽，穿枋Ⅰ固定在两个边柱同一侧侧壁上的卡槽内，穿枋Ⅱ固定在两个边柱另一侧侧壁上的卡槽内，在边柱上设有与穿枋Ⅰ、穿枋Ⅱ底部连接的支撑件。通过对穿枋Ⅰ与穿枋Ⅱ构造的合理配置与连接，以及支撑件的设置，在显著增加穿斗式木结构民居内部有效连续使用空间的同时，最大程度保持其原有木构架风貌，并能够保证抽柱空间拓展后木构架具有较高的承载能力及优良的抗震性能，使该空间拓展结构能够在多种不同抗震设防烈度地区的古镇或历史街区中作为商铺使用的穿斗式木结构民居中得以推广应用。

Description

一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构及其实施方法
技术领域
本发明涉及建筑领域，具体涉及一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构及其实施方法。
背景技术
随着我国经济的稳步发展，商业旅游业大量兴起，各地区民居分布比较集中的古镇和历史街区在多次粗犷式开发改造与重建中破坏严重甚至逐渐成片消失，即使现存的民居也大多得不到有效利用与保护。针对穿斗式木构架这种现存数量较多的民居形式，由于其竖向承重构件截面尺寸较小，柱距普遍较密，整个房间内部有效连续使用空间非常有限，只有当室内空间尺度要求不大的情况下才能使用，而对于大量古镇或历史街区中作为商铺使用的民居来说，内部过密的柱网布置无法满足其新的使用要求。为了解决这一问题，亟待开发出一种针对穿斗式木构架的受力合理、传力明确、构造简单且具有较高承载力和优良抗震性能的抽柱空间拓展结构，在充分保护各地区民居的文化底蕴与地域特色的同时，赋予其结构空间拓展后新的生命力。
发明内容
本发明目的在于提供一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构，增加作为穿斗式木构架民居内部的连续有效使用空间。
本发明通过下述技术方案实现：
一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构，包括两个边柱，所述边柱两侧壁上均开有卡槽，还包括穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ，所述穿枋Ⅰ固定在两个边柱同一侧侧壁上的卡槽内，所述穿枋Ⅱ固定在两个边柱另一侧侧壁上的卡槽内，且在所述边柱上设有与穿枋Ⅰ、穿枋Ⅱ底部连接的支撑件。现有的穿斗式木构架中，由两个边柱以及多个中柱构成其竖向支撑结构，且边柱与中柱之间通过原穿枋连接，楼板铺设在楼欠上，而楼欠则分布在原穿枋上，由于原木构架的竖向承重构件截面尺寸较小，边柱与中柱的柱距普遍较密，整个房间内部有效连续使用空间非常有限，只有当室内空间尺度要求不大的情况下才能使用，而对于大量古镇或历史街区中作为商铺使用的民居来说，内部过密的柱网布置无法满足其适量改造的使用要求；针对该问题，发明人对其进行了改进，即在摒弃多个中柱的前提下，在两个边柱的两个侧壁上开设卡槽，穿枋Ⅰ与穿枋Ⅱ异侧，且分别固定在位于同侧的两个卡槽内，同时楼欠分布在穿枋Ⅰ与穿枋Ⅱ的上端，以为楼板的铺设提供稳定支撑；并且，在边柱上设有支撑件，该支撑件与穿枋Ⅰ、穿枋Ⅱ的下端连接，此时，使得原木构架中的中柱、楼欠以及楼板等的载荷传递至边柱上，在保证原木构架的支撑强度的同时，减小了多个中柱对室内空间的占用，增加民居内部连续有效的使用空间，并且在边柱上安装的支撑件与穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ底部连接，可对穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ的载荷进行分摊，优化边柱上的受力分布情况，并能在边节点受力变形过程中起到一定的耗能的作用，使得现有木构架民居的抗震性能得到较大地提高。
所述穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ均为槽钢，且穿枋Ⅰ通过多个螺栓与穿枋Ⅱ连接。作为优选，选用槽钢以取代原穿枋，通过螺栓连接的穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ形成一个整体，不仅能够替代原穿枋的连接作用，还能显著增加穿斗式木构架的整体性。
在所述穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ的开槽侧设置有多个T形加劲肋。穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ背对设置，即两侧的开槽侧均朝外，在其开槽侧设置多个T形加劲肋，可进一步提高穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ的载荷量与稳定性。
在所述加劲肋的外侧壁上设置有仿古装饰木材。进一步地，对于古镇或是历史街区中作为商铺使用的木构架民居中，原有的木构架因柱距小而降低了其内部的连续使用空间，民居内过密的柱网分布无法满足民用改造成商用的要求，发明人利用穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ均采用槽钢的特性，在位于其开槽侧的加劲肋外侧壁上安装仿古装饰木材，在最大程度上保持其原有的木构架风貌，同时增加了民居内部连续有效的使用空间，增加了穿斗式木构架民居的社会效益和经济效益。
所述支撑件包括上支座、连杆以及下支座，所述上支座固定在穿枋Ⅱ与穿枋Ⅰ的底部，所述下支座设置在边柱上，且上支座与下支座上铰接设置有连接件，且连杆的两端分别与两个连接件连接。上支座将穿枋Ⅱ与穿枋Ⅰ底部合并连接，而在边柱上设置下支座，连杆的两端分别连接有连接件，而两个连接件则分别与上支座、下支座铰接，即根据木构架民居内的具体布局，在穿枋Ⅱ与穿枋Ⅰ的底部选择合适的上支座安装点位，在边柱上选择合适的下支座安装点位，通过高精度非线性有限元模拟分析，确定上支座的安装点位与下支座的安装点位之间设置支撑件能够保证木构架具有较高的承载能力，同时提高木构架民居的结构整体性。进一步地，上支座与下支座采用强度等级较高的钢材，而连杆采用软钢材料，且连杆的两端分通过连接件与上支座、下支座铰接，在边柱与穿枋Ⅰ、穿枋Ⅱ形成的节点受力形变过程中，支撑件可起到一定的耗能支撑作用，在一定程度上改善了空间拓展后木构架的抗震性能。
所述下支座包括两个端部相互铰接的半圆形卡箍，两个所述卡箍的另一端分别与连接件两端铰接。作为优选，选用两个半圆形的卡箍作为下支座，使得边柱的外圆周壁被完全包裹，即两者间的受力面积得到提高，避免在边柱与穿枋Ⅰ、穿枋Ⅱ形成的节点受力时下支座产生沿边柱轴线方向的位移，保证木构架的抗震性能。
一种基于权利要求1～6任意一项所述的一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构的实施方法，包括以下步骤：
(a)原木构架中，在边柱上与原穿枋的连接节点相对的一侧侧壁上开设卡槽；
(b)将穿枋Ⅰ固定在边柱的卡槽内，且在穿枋Ⅰ的开槽侧设置多道T形加劲肋，并在加劲肋两侧预留螺栓连接孔洞；
(c)从另一侧将原木构架中位于边柱与中柱之间的原穿枋截断去除，并在该侧的边柱以及中柱与原穿枋(16)的连接节点处设置卡槽后，按照步骤(b)中的穿枋Ⅰ安装方式来安装穿枋Ⅱ；
(d)在预留孔洞处，通过螺栓连接将穿枋Ⅰ与穿枋Ⅱ连接固定；
(e)在穿枋Ⅰ与穿枋Ⅱ的开槽侧分别设置仿古装饰木材，将仿古装饰木材与T形加劲肋分段胶接固定；
(f)将原木构架中的中柱截断去除；
(g)在边柱与穿枋Ⅰ、穿枋Ⅱ的底部之间安装支撑件。
由于现有古镇或是历史街区中木结构民居中的木构架柱距小，进而导致民居内部的连续有效空间利用低，增加民用改商用的难度，发明人针对该穿斗式木构架的缺陷，对其进行抽柱空间拓展；改造时，对原有的木构架进行分边处理，首先在原穿枋与边柱的连接点相对的位置处开设卡槽，将穿枋Ⅰ固定在边柱该侧的卡槽内，并在穿枋Ⅰ的开槽侧设置T形加劲肋，在加劲肋的两侧预留螺栓连接孔洞；穿枋Ⅰ安装完成后，原木构架中的承载施加在穿枋Ⅰ上，此时将原穿枋截断去除，并且原穿枋所在的边柱侧壁上开设卡槽，以步骤(b)安装穿枋Ⅰ的方式对穿枋Ⅱ进行安装，待穿枋Ⅱ固定在该侧的卡槽内后，通过螺栓贯穿预留在加劲肋两侧的连接孔洞，使得穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ连成整体，然后将用以修复或是改造的仿古装饰木材安装在加劲肋的外侧壁上；最后，在将原木构架中的多个中柱截断去除后，将支撑件安装在边柱与穿枋Ⅰ、穿枋Ⅱ的底部，即完成对现有木构架的抽柱空间拓展施工。
其中，用于替换原穿枋的穿枋Ⅰ与穿枋Ⅱ以及支撑件的尺寸可依照传统的穿斗式木构架中的常用尺寸进行预制加工，将其运输至需要改造的民居后直接进行现场改造施工，极大地缩短了施工工期，并且，通过高精度非线性有限元模拟分析表明，通过对穿枋Ⅰ与穿枋Ⅱ构造的合理配置与连接，以及支撑件的设置，在显著增加穿斗式木结构民居内部有效连续使用空间的同时，最大程度保持其原有木构架风貌，并能够保证抽柱空间拓展后木构架具有较高的承载能力及优良的抗震性能，使该空间拓展结构能够在多种不同抗震设防烈度地区的古镇或历史街区中作为商铺使用的穿斗式木结构民居中得以推广应用。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明在摒弃多个中柱的前提下，在两个边柱的两个侧壁上开设卡槽，穿枋Ⅰ与穿枋Ⅱ异侧，且分别固定在位于同侧的两个卡槽内，同时楼欠分布在穿枋Ⅰ与穿枋Ⅱ的上端，以为楼板的铺设提供稳定支撑；
2、本发明中原木构架中的中柱、以及楼欠、楼板的载荷传递至边柱上，在保证原木构架竖向承载力的同时，减小了多个中柱对室内空间的占用，增加民居内部连续有效的使用空间，并且在边柱上安装的支撑件与穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ底部连接，可对穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ的载荷进行分摊，优化边柱上的受力分布情况，并能在边节点受力变形过程中起到一定的耗能的作用，使得现有木构架民居的抗震性能得到极大地提高；
3、本发明利用穿枋Ⅰ和穿枋Ⅱ均采用槽钢的特性，在位于其开槽侧的加劲肋外侧壁上安装仿古装饰木材，在最大程度上保持其原有的木构架风貌，同时增加了民居内部连续有效的使用空间，增加了穿斗式木构架民居的社会效益和经济效益。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的局部示意图；
图3为边柱的结构示意图；
图4为现有木构架的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-螺栓、2-楼欠、3-加劲肋、4-支撑件、5-仿古装饰木材、6-穿枋Ⅰ、7-中柱、8-楼板、9-边柱、10-上支座、11-连接件、12-连杆、13-下支座、14-卡槽、15-穿枋Ⅱ、16-原穿枋。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1～4所示，本实施例包括两个边柱9，所述边柱9两侧壁上均开有卡槽14，还包括穿枋Ⅰ6和穿枋Ⅱ15，所述穿枋Ⅰ6固定在两个边柱9同一侧侧壁上的卡槽14内，所述穿枋Ⅱ15固定在两个边柱9另一侧侧壁上的卡槽14内，且在所述边柱9上设有与穿枋Ⅰ6、穿枋Ⅱ15底部连接的支撑件4。现有的穿斗式木构架中，由两个边柱9以及多个中柱7构成其竖向承重结构，且边柱9与中柱7之间通过原穿枋16连接，楼板8铺设在楼欠2上，而楼欠2则分布在原穿枋16上，由于原木构架的竖向承重构件截面尺寸较小，边柱9与中柱7的柱距普遍较密，整个房间内部有效连续使用空间非常有限，只有当室内空间尺度要求不大的情况下才能使用，而对于大量古镇或历史街区中作为商铺使用的民居来说，内部过密的柱网布置无法满足其适量改造的使用要求；针对该问题，发明人对其进行了改进，即在摒弃多个中柱7的前提下，在两个边柱9的两个侧壁上开设卡槽14，穿枋Ⅰ6与穿枋Ⅱ15异侧，且分别固定在位于同侧的两个卡槽14内，同时楼欠2分布在穿枋Ⅰ6与穿枋Ⅱ15的上端，以为楼板8的铺设提供稳定支撑；并且，在边柱9上设有支撑件4，该支撑件4与穿枋Ⅰ6、穿枋Ⅱ15的下端连接，此时，使得原木构架中的中柱7、以及楼欠2、楼板8的载荷传递至边柱9上，在保证原木构架的竖向承载力的同时，减小了多个中柱7对室内空间的占用，增加民居内部连续有效的使用空间，并且在边柱9上安装的支撑件4与穿枋Ⅰ6和穿枋Ⅱ15底部连接，可对穿枋Ⅰ6和穿枋Ⅱ15的载荷进行分摊，优化边柱9上的受力分布情况，并能在边节点受力变形过程中起到一定的耗能的作用，使得现有木构架民居的抗震性能得到较大地提高。
实施例2
如图1～3所示，本实施例在实施例1的基础之上，所述穿枋Ⅰ6和穿枋Ⅱ15均为槽钢，且穿枋Ⅰ6通过多个螺栓1与穿枋Ⅱ15连接；在所述穿枋Ⅰ6和穿枋Ⅱ15的开槽侧设置有多个T形加劲肋3；在所述加劲肋3的外侧壁上设置有仿古装饰木材5。
作为优选，选用槽钢以取代原穿枋16，通过螺栓1连接的穿枋Ⅰ6和穿枋Ⅱ15形成一个整体，不仅能够替代原穿枋16的连接作用，还能显著增加穿斗式木构架的整体性。
穿枋Ⅰ6和穿枋Ⅱ15背对设置，即两侧的开槽侧均朝外，在其开槽侧设置多个T形加劲肋3，可进一步提高穿枋Ⅰ6和穿枋Ⅱ15的载荷量与稳定性。
进一步地，对于古镇或是历史街区中作为商铺使用的木构架民居中，原有的木构架因柱距小而降低了其内部的连续使用空间，民居内过密的柱网分布无法满足民用改造成商用的要求，发明人利用穿枋Ⅰ6和穿枋Ⅱ15均采用槽钢的特性，在位于其开槽侧的加劲肋3外侧壁上安装仿古装饰木材5，在最大程度上保持其原有的木构架风貌，同时增加了民居内部连续有效的使用空间，增加了穿斗式木构架民居的社会效益和经济效益。
实施例3
如图2所示，本实施例所述支撑件4包括上支座10、连杆12以及下支座13，所述上支座10固定在穿枋Ⅱ15与穿枋Ⅰ6的底部，所述下支座13设置在边柱9上，且上支座10与下支座13上铰接设置有连接件11，且连杆12的两端分别与两个连接件11连接。
上支座10将穿枋Ⅱ15与穿枋Ⅰ6底部合并连接，而在边柱9上设置下支座13，连杆12的两端分别连接有连接件11，而两个连接件11则分别与上支座10、下支座13铰接，即根据穿斗式木构架民居内的具体布局，在穿枋Ⅱ15与穿枋Ⅰ6的底部选择合适的上支座10安装点位，在边柱9上选择合适的下支座13安装点位，通过高精度非线性有限元模拟分析，确定上支座10的安装点位与下支座13的安装点位之间设置支撑件4能够保证木构架具有较高的承载能力，同时提高木构架民居的结构整体性。进一步地，上支座10与下支座13采用强度等级较高的钢材，而连杆12采用软钢材料，且连杆12的两端分通过连接件11与上支座10、下支座13铰接，在边柱9与穿枋Ⅰ6、穿枋Ⅱ15形成的节点受力形变过程中，支撑件4可起到一定的耗能支撑作用，在一定程度上改善了空间拓展后木构架的抗震性能。
作为优选，选用两个半圆形的卡箍作为下支座13，使得边柱9的外圆周壁被完全包裹，即两者间的受力面积得到提高，避免在边柱9与穿枋Ⅰ6、穿枋Ⅱ15形成的节点受力时下支座13产生沿边柱9轴线方向的位移，保证木构架的抗震性能。
实施例4
如图1～4所示，本实施例包括一种基于权利要求1～6任意一项所述的一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构的实施方法，包括以下步骤：
(a)原木构架中，在边柱9上与原穿枋16的连接节点相对的一侧侧壁上开设卡槽14；
(b)将穿枋Ⅰ6固定在边柱9的卡槽14内，且在穿枋Ⅰ6的开槽侧设置多道T形加劲肋，并在加劲肋两侧预留螺栓1连接孔洞；
(c)从另一侧将原木构架中位于边柱9与中柱7之间的原穿枋16截断去除，并在该侧的边柱以及中柱与原穿枋16(16)的连接节点处设置卡槽14后，按照步骤(b)中的穿枋Ⅰ6安装方式来安装穿枋Ⅱ15；
(d)在预留孔洞处，通过螺栓1连接将穿枋Ⅰ6与穿枋Ⅱ15连接固定；
(e)在穿枋Ⅰ6与穿枋Ⅱ15的开槽侧分别设置仿古装饰木材5，将仿古装饰木材5与T形加劲肋分段胶接固定；
(f)将原木构架中的中柱7截断去除；
(g)在边柱9与穿枋Ⅰ6、穿枋Ⅱ15的底部之间安装支撑件4。
由于现有古镇或是历史街区中木结构民居中的木构架柱距小，进而导致民居内部的连续有效空间利用低，增加民用改商用的难度，发明人针对该穿斗式木构架的缺陷，对其进行抽柱空间拓展；改造时，对原有的木构架进行分边处理，首先在原穿枋16与边柱9的连接点相对的位置处开设卡槽14，将穿枋Ⅰ6固定在边柱9该侧的卡槽14内，并在穿枋Ⅰ6的开槽侧设置T形加劲肋3，在加劲肋3的两侧预留螺栓1连接孔洞；穿枋Ⅰ6安装完成后，原木构架中的承载施加在穿枋Ⅰ6上，此时将原穿枋16截断去除，并且原穿枋16所在的边柱9侧壁上开设卡槽14，以步骤(b)安装穿枋Ⅰ6的方式对穿枋Ⅱ15进行安装，待穿枋Ⅱ15固定在该侧的卡槽14内后，通过螺栓1贯穿预留在加劲肋3两侧的连接孔洞，使得穿枋Ⅰ6和穿枋Ⅱ15连成整体，然后将用以修复或是改造的仿古装饰木材5安装在加劲肋3的外侧壁上；最后，在将原木构架中的多个中柱7截断去除后，将支撑件4安装在边柱9与穿枋Ⅰ6、穿枋Ⅱ15的底部，即完成对现有木构架的抽柱空间拓展施工。
其中，用于替换原穿枋16的穿枋Ⅰ6与穿枋Ⅱ15以及支撑件4的尺寸可依照传统的穿斗式木构架中的常用尺寸进行预制加工，将其运输至需要改造的民居后直接进行现场改造施工，极大地缩短了施工工期，并且，通过高精度非线性有限元模拟分析表明，通过对穿枋Ⅰ6与穿枋Ⅱ15构造的合理配置与连接，以及支撑件4的设置，在显著增加穿斗式木结构民居内部有效连续使用空间的同时，最大程度保持其原有木构架风貌，并能够保证抽柱空间拓展后木构架具有较高的承载能力及优良的抗震性能，使该空间拓展结构能够在多种不同抗震设防烈度地区的古镇或历史街区中作为商铺使用的穿斗式木结构民居中得以推广应用。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构，包括两个边柱(9)，其特征在于：所述边柱(9)两侧壁上均开有卡槽(14)，还包括穿枋Ⅰ(6)和穿枋Ⅱ(15)，所述穿枋Ⅰ(6)固定在两个边柱(9)同一侧侧壁上的卡槽(14)内，所述穿枋Ⅱ(15)固定在两个边柱(9)另一侧侧壁上的卡槽(14)内，且在所述边柱(9)上设有与穿枋Ⅰ(6)、穿枋Ⅱ(15)底部连接的支撑件(4)。
2.根据权利要求1所述的一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构，其特征在于：所述穿枋Ⅰ(6)和穿枋Ⅱ(15)均为槽钢，且穿枋Ⅰ(6)通过多个螺栓(1)与穿枋Ⅱ(15)连接。
3.根据权利要求2所述的一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构，其特征在于：在所述穿枋Ⅰ(6)和穿枋Ⅱ(15)的开槽侧设置有多个T形加劲肋(3)。
4.根据权利要求3所述的一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构，其特征在于：在所述加劲肋(3)的外侧壁上设置有仿古装饰木材(5)。
5.根据权利要求1所述的一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构，其特征在于：所述支撑件(4)包括上支座(10)、连杆(12)以及下支座(13)，所述上支座(10)固定在穿枋Ⅱ(15)与穿枋Ⅰ(6)的底部，所述下支座(13)设置在边柱(9)上，且上支座(10)与下支座(13)上铰接设置有连接件(11)，且连杆(12)的两端分别与两个连接件(11)连接。
6.根据权利要求5所述的一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构，其特征在于：所述下支座(13)包括两个端部相互铰接的半圆形卡箍，两个所述卡箍的另一端分别与连接件(11)两端铰接。
7.一种基于权利要求1～6任意一项所述的一种穿斗式木构架抽柱空间拓展结构的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)原木构架中，在边柱(9)与原穿枋(16)的连接节点相对的一侧侧壁上开设卡槽(14)；
(b)将穿枋Ⅰ(6)固定在边柱(9)的卡槽(14)内，且在穿枋Ⅰ(6)的开槽侧设置多道T形加劲肋(3)，并在加劲肋(3)两侧预留螺栓连接孔洞；
(c)从另一侧将原木构架中位于边柱(9)与中柱(7)之间的原穿枋(16)截断去除，并在该侧的边柱(9)以及中柱(7)与原穿枋(16)的连接节点处设置卡槽(14)后，按照步骤(b)中的穿枋Ⅰ(6)安装方式来安装穿枋Ⅱ(15)；
(d)在预留孔洞处，通过螺栓(1)连接将穿枋Ⅰ(6)与穿枋Ⅱ(15)连接固定；
(e)在穿枋Ⅰ(6)与穿枋Ⅱ(15)的开槽侧分别设置仿古装饰木材(5)，将仿古装饰木材(5)与T形加劲肋(3)分段胶接固定；
(f)将原木构架中的中柱(7)截断去除；
(g)在边柱(9)与穿枋Ⅰ(6)、穿枋Ⅱ(15)的底部之间安装支撑件(4)。
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