CN108277885B - 一种浮空气肋复合水枕充气膜结构施工方案 - Google Patents

一种浮空气肋复合水枕充气膜结构施工方案 Download PDF

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Abstract

一种浮空气肋复合水枕充气膜结构施工方案，属于膜结构施工技术领域。包括安装气肋组件，检验膜材，膜片放样，膜片的剪裁，膜材的预拼装，膜材受力缝的热熔合连接，膜材与出入口的连接，膜材的边角处理，膜材内部水枕膜的处理，布置支撑吊索，膜结构安装等步骤。本发明膜结构在凸显膜结构造价低廉、建造工序简便的特点的同时旨在增加其防火性能。因此，此施工方案主要体现水枕的合理安装以及与膜结构的完美融合。施工过程中无废渣、废气、废水和噪音，消除了对周边环境的污染与破坏，可塑造优美形态的建筑物与构筑物及公共设施开形成景观景点，有利于美化城市环境。

Description

一种浮空气肋复合水枕充气膜结构施工方案
技术领域
本发明涉及一种浮空气肋复合水枕充气膜结构的施工方案，属于膜结构施工技术领域。
背景技术
本发明将混合膜结构抗火体系的施工过程作为主要方向，单从建筑方面来说，火灾会引起结构坍塌，资源财产损失，一些常用结构对于抗火方面已有较成熟措施，但膜结构的抗火性能还有待提高与完善，膜结构具有重量轻、强度高、防火阻燃、自洁性好，不受紫外线影响、抗疲劳、耐扭曲、耐老化、跨度大工期短、使用寿命长等优点，并且透光率高，热吸收量很少。因此，膜结构建筑易成为现代化的永久性建筑。随着技术革新，膜结构已具备下列优越性能：自洁性、透光节能性、经济性、艺术性、防火性与抗震性、造型多样性；另外其还具有应用领域广泛、能覆盖大跨度空间及施工周期短的优点。由于现有的膜结构施工复杂，施工过程对膜结构的各方面性能影响较大，所以本发明针对从结构体系与构件角度出发，对膜结构进行改进，提高其防火性能并建立的新型结构体系——浮空气肋复合水枕充气膜结构体系的施工过程和方法。
发明内容
浮空气肋复合水枕充气膜结构包括整体支撑膜结构、气承膜、膜固定边、靴垫、吊索、包覆气肋充气系统、气承膜充气系统、防火水枕；整体支撑膜结构包括气肋组件和吊索组件，气肋组件由多个平行有间隔的拱形气肋组成，拱形气肋的气肋截面为圆形；吊索组件包括垂直地面的吊索、周向平行吊索和轴向平行吊索；
气承膜为半圆柱侧壁和两半圆端面，气承膜与地面组合形成半圆柱空腔结构，气承膜通过膜固定边与地面固定；气承膜的半圆柱侧壁外表面均匀间隔分布固定有多条周向平行吊索和轴向平行吊索，多条周向平行吊索沿周向紧贴固定到气承膜的半圆柱侧壁外表面，多条轴向平行吊索沿轴向紧贴固定到气承膜的半圆柱侧壁外表面，多条周向平行吊索和轴向平行吊索在气承膜的半圆柱侧壁外表面形成网状结构；在气承膜的外表面外侧沿轴向均匀分布有多个拱形气肋，每个拱形气肋在地面上与气承膜紧贴连接，然后自地面向上气承膜与拱形气肋之间具有空隙，且空隙逐渐增大；在空隙之间均匀间隔设有多个垂直地面的吊索，垂直地面的吊索上端与拱形气肋固定，下端与气承膜固定；每个拱形气肋的两端分别通过靴垫固定于地面；气承膜充气系统与气承膜的半圆柱空腔连接；每个拱形气肋均连接一个包覆气肋充气系统；在气承膜的半圆柱空腔内气承膜的顶端均匀分布多个防火水枕。靴垫由固定膜垫、连接膜垫和支撑膜靴组成，在平面固定膜垫中设有圆孔，连接膜垫为一圆环结构(优选游泳圈式的圆环结构)，连接膜垫紧密固定套在平面固定膜垫的圆孔内，连接膜垫圆环结构上固定连接有支撑膜靴，支撑膜靴为桶状结构，支撑膜靴桶状结构底面圆孔与连接膜垫的圆环结构同圆心；周向平行吊索与地面锚固在一起；气肋组件通过吊索将整体气承膜悬挂起来，气承膜通过膜固定边固定于地面，使气肋和气承膜成为一个整体；整体支撑膜结构和气承膜分别与支撑充气系统和包覆气肋充气系统连接；在气承膜内部顶端均匀分布防火水枕，从而形成一种混合充气膜结构。所述的吊索组件由若干根吊索组成，吊索组件包括一组平行于拱形气肋置于气承膜之上的吊索、一组垂直于拱形气肋置于气承膜之上的吊索和一组垂直于地面的吊索，分别均匀的布置在气承膜的上部和支撑在拱形气肋之上，互为正交的吊索的交点的投影所构成的平面为轴对称图形，并将拱形气肋连接起来形成一个整体，在火灾发生时可支撑整个气肋组件，不会使整体支撑膜结构发生塌陷。
所述的防火水枕均匀的布置在气承膜内部顶端，达到防火、透光和保温的效果，在火灾发生时能够及时防止火势蔓延于气承膜上，防止整体结构塌陷。包覆气肋充气系统冲入密度比空气小的气体，例如价格便宜且不易燃的氖气，形成浮空气肋，对气膜产生向上的拉力，可以在气膜内压不足的情况下调整气肋的浮力和悬挂水枕造成的向下的拉力，在发生火灾的情况下可以防火，而且可以防止整体结构塌陷。
一种浮空气肋复合水枕充气膜结构的施工方案，其特征在于，具体包括如下步骤：首先检验膜材包括气肋的膜和气承膜是否符合国家规范标准，对膜材进行放样和裁剪并进行预拼装；热熔连接好膜材的受力缝后开始固定靴垫，后将气肋组件与靴垫进行连接的同时与气承膜进行热工融合；接下来在气承膜的一个半圆端面设置安装气密室，并在气密室侧边安装气密门，在气密室与气承膜连接处和气承膜与地面的连接处均进行补强处理；然后在气承膜内部安装水枕，在气承膜外部安装吊索组件；连接好一切吊索后对气承膜和气肋结构进行充气并向水枕内充水；最后在调整好气承膜内气压后在水枕与气承膜内表面融合的地方再粘一层防水膜,防水膜包括但不限于TPU(Thermoplastic Urethane)。
其中固定靴垫后将气肋组件与靴垫进行连接的同时与气承膜进行热工融合，优选为：将气承膜两端每一端的两个或多个气肋拱紧靠在一起，而中间的其他n个气肋拱之间设置一定拱距l2，使这n个气肋拱平均分布于整个气承膜上；确定好气肋与气承膜的位置关系后，将每个气肋拱底部边缘设置靴垫与地面相连——将靴垫置于刚刚确定好位置的气肋拱两个端部的正下方，将靴垫下端内嵌于地面，并在周围打入钢钉，牢牢固定在地面上，后将气肋拱粘接在靴垫套筒上。气肋侧面与气承膜侧面进行融合，融合高度为l1；气肋高于l1的中心部位留出，不与气承膜面进行融合，最终气肋拱成为自平衡结构。
在气肋与气承膜融合时，同时在气肋膜面设置垂直于地面吊索的位置用两到三片膜片进行热工融合，使膜片周围与气肋膜面融合；而且在气承膜两端的紧靠在一起的气肋所接触的地方也进行热工融合，使其成为整体。
所述对膜材进行预拼装，优选为：在放样区对已完成下料的膜要分别进行尺寸复测，并详细记录实测偏差值，校对无误后画骑缝线。
所述对气密室与气承膜连接处和气承膜与地面的连接处进行补强处理，优选：用两层或三层膜热合在一起作为“补强层”，以避免应力集中导致的损坏。
所述在气承膜内部安装水枕，优选为：在气承膜内表面将预制好的水枕PTFE膜材上侧用两层或三层膜融合做补强层后通过热工处理融合为一体，最后在水枕膜的一侧沿边开口，安装塑料封口器以便向水枕内注水后封闭。
所述在气承膜内部的水枕，优选为：水枕的样式包括但不限于a×b的四边封闭的空心矩形膜，并且水枕均匀地布置在气承膜的内表面上，个数即排列方法包括但不限于横向×纵向为3×3个，每个水枕之间的横向距离为m,纵向距离为n，m和n根据需要调节。
所述布置吊索，优选为：在已处理好的气承膜膜材外部一面均匀地布置一组平行于气肋拱的吊索作为轴向平行吊索，膜材所对应的气肋拱的位置和两气肋拱的中间均匀布置竖向平行吊索；在气肋拱下侧轴向平行吊索与竖向平行吊索交点的位置均匀地布置一组垂直于气肋拱的吊索。
所述连接吊索，优选为：在气承膜外侧一面两气肋拱之间的所对应索交接网节点处采用U型夹具连接；在气肋拱下部的索网节点处设置钢筒并将这两组吊索限位；在气承膜的边缘用夹具系统使膜面与索采用双边连接；在气肋拱预留的融合膜片中间的位置设置垂直于地面的吊索；将垂直于地面的吊索的另一端深入钢筒中并用螺栓固定。
采用U型夹具连接：在节点处的轴向平行吊索处套上厚铅皮，用U型夹套入承重索并用双螺帽固定。
所述设置钢筒：钢筒上部为空心，钢筒内径为深入钢筒中且垂直于地面的吊索的直径，钢筒下部为实心，在实心部分有两个孔，使轴向平行吊索和竖向平行吊索穿过。
所述将吊索限位：在这两组吊索网对应膜材外部一面焊接膜套。
所述设置垂直于地面的吊索：采用单边连接的方法——将索最边缘被织物套包裹起来，用夹具夹住膜面的边索。
所述对膜结构进行充气：使用四组气泵从气承膜两侧向气承膜内部冲入空气加压，当气承膜内部气压值为120KPa时停止充气，打开一侧泄压至103KPa；然后同时向各个气肋中充气，最终形成浮空气肋；接下来对气承膜继续充气，充入空气，使得内部气压达到105KPa时停止充气，保持气压。
所述向各个气肋中充气：这里所充气体密度比空气密度小，包括但不限于氖气。
所述向水枕内充水：依次先从四周再向中间排列的水枕注入灭火液体，这里包括但不限于水，每个水枕冲入灭火液体后封闭塑料开口，待体系稳定。
所述调整好气承膜内气压气压：通过气泵向气承膜内充入空气，使得新体系的内部气压保持在105KPa左右。
附图说明
图1为本发明浮空气肋复合水枕充气膜结构三维示意图；
图2为本发明浮空气肋复合水枕充气膜结构的三维剖面图
图3为本发明靴垫的结构示意图；
图4为安装后的外观示意图；
图5气密室结构图；
图6采用钢筒安装结构示意图；
图中，1、整体支撑膜结构；2、气承膜；3、膜固定边；4、靴垫；5、气肋组件；6、拱形气肋；7、吊索组件；8、竖向平行吊索；9、轴向平行吊索；10、垂直于地面的吊索；11、包覆气肋充气系统；12、气承膜充气系统；13、固定膜垫；14、连接膜垫；15、支撑膜靴；16、水枕。
具体实施方式
下面面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
首先检验膜材包括气肋的膜和气承膜是否符合国家规范标准，对膜材进行放样和裁剪并进行预拼装；热熔连接好膜材的受力缝后开始固定靴垫，后将气肋组件与靴垫进行连接的同时与气承膜进行热工融合；接下来在气承膜的一个半圆端面设置安装气密室，并在气密室侧边安装气密门，在气密室与气承膜连接处和气承膜与地面的连接处均进行补强处理；然后在气承膜内部安装水枕，在气承膜外部安装吊索组件；连接好一切吊索后对气承膜和气肋结构进行充气并向水枕内充水；最后在调整好气承膜内气压后安装防水膜。
其中固定靴垫后将气肋组件与靴垫进行连接的同时与气承膜进行热工融合，优选为：将气承膜两端每一端的两个或多个气肋拱紧靠在一起，而中间的其他n个气肋拱之间设置一定拱距l2，使这n个气肋拱平均分布于整个气承膜上；确定好气肋与气承膜的位置关系后，将每个气肋拱底部边缘设置靴垫与地面相连——将靴垫置于刚刚确定好位置的气肋拱两个端部的正下方，将靴垫下端内嵌于地面，并在周围打入钢钉，牢牢固定在地面上，后将气肋拱粘接在靴垫套筒上。气肋侧面与气承膜侧面进行融合，融合高度为l1；气肋高于l1的中心部位留出，不与气承膜面进行融合，最终气肋拱成为自平衡结构。
在气肋与气承膜融合时，同时在气肋膜面设置垂直于地面吊索的位置用两到三片膜片进行热工融合，使膜片周围与气肋膜面融合；而且在气承膜两端的紧靠在一起的气肋所接触的地方也进行热工融合，使其成为整体。
所述对膜材进行预拼装，优选为：在放样区对已完成下料的膜要分别进行尺寸复测，并详细记录实测偏差值，校对无误后画骑缝线。
所述对气密室与气承膜连接处和气承膜与地面的连接处进行补强处理，优选：用两层或三层膜热合在一起作为“补强层”，以避免应力集中导致的损坏。
所述在气承膜内部安装水枕，优选为：在气承膜内表面将预制好的水枕PTFE膜材上侧用两层或三层膜融合做补强层后通过热工处理融合为一体，最后在水枕膜的一侧沿边开口，安装塑料封口器以便向水枕内注水后封闭。
所述在气承膜内部的水枕，优选为：水枕的样式包括但不限于a×b的四边封闭的空心矩形膜，并且水枕均匀地布置在气承膜的内表面上，个数即排列方法包括但不限于横向×纵向为3×3个，每个水枕之间的横向距离为m,纵向距离为n，m和n根据需要调节。
所述布置吊索，优选为：在已处理好的气承膜膜材外部一面均匀地布置一组平行于气肋拱的吊索作为轴向平行吊索，膜材所对应的气肋拱的位置和两气肋拱的中间均匀布置竖向平行吊索；在气肋拱下侧轴向平行吊索与竖向平行吊索交点的位置均匀地布置一组垂直于气肋拱的吊索。
所述连接吊索，优选为：在气承膜外侧一面两气肋拱之间的所对应索交接网节点处采用U型夹具连接；在气肋拱下部的索网节点处设置钢筒并将这两组吊索限位；在气承膜的边缘用夹具系统使膜面与索采用双边连接；在气肋拱预留的融合膜片中间的位置设置垂直于地面的吊索；将垂直于地面的吊索的另一端深入钢筒中并用螺栓固定。
采用U型夹具连接：在节点处的轴向平行吊索处套上厚铅皮，用U型夹套入承重索并用双螺帽固定。
所述设置钢筒：钢筒上部为空心，钢筒内径为深入钢筒中且垂直于地面的吊索的直径，钢筒下部为实心，在实心部分有两个孔，使轴向平行吊索和竖向平行吊索穿过。
所述将吊索限位：在这两组吊索网对应膜材外部一面焊接膜套。
所述设置垂直于地面的吊索：采用单边连接的方法——将索最边缘被织物套包裹起来，用夹具夹住膜面的边索。
所述对膜结构进行充气：使用四组气泵从气承膜两侧向气承膜内部冲入空气加压，当气承膜内部气压值为120KPa时停止充气，打开一侧泄压至103KPa；然后同时向各个气肋中充气，最终形成浮空气肋；接下来对气承膜继续充气，充入空气，使得内部气压达到105KPa时停止充气，保持气压。
所述向各个气肋中充气：这里所充气体密度比空气密度小，包括但不限于氖气。
所述向水枕内充水：依次先从四周再向中间排列的水枕注入灭火液体，这里包括但不限于水，每个水枕冲入灭火液体后封闭塑料开口，待体系稳定。
所述调整好气承膜内气压气压：通过气泵向气承膜内充入空气，使得新体系的内部气压保持在105KPa左右。

Claims (10)

1.一种浮空气肋复合水枕充气膜结构的施工方案，其特征在于，浮空气肋复合水枕充气膜结构包括整体支撑膜结构、气承膜、膜固定边、靴垫、吊索、包覆气肋充气系统、气承膜充气系统、防火水枕；整体支撑膜结构包括气肋组件和吊索组件，气肋组件由多个平行有间隔的拱形气肋组成，拱形气肋的气肋截面为圆形；吊索组件包括垂直地面的吊索、周向平行吊索和轴向平行吊索；
气承膜为半圆柱侧壁和两半圆端面，气承膜与地面组合形成半圆柱空腔结构，气承膜通过膜固定边与地面固定；气承膜的半圆柱侧壁外表面均匀间隔分布固定有多条周向平行吊索和轴向平行吊索，多条周向平行吊索沿周向紧贴固定到气承膜的半圆柱侧壁外表面，多条轴向平行吊索沿轴向紧贴固定到气承膜的半圆柱侧壁外表面，多条周向平行吊索和轴向平行吊索在气承膜的半圆柱侧壁外表面形成网状结构；在气承膜的外表面外侧沿轴向均匀分布有多个拱形气肋，每个拱形气肋在地面上与气承膜紧贴连接，然后自地面向上气承膜与拱形气肋之间具有空隙，且空隙逐渐增大；在空隙之间均匀间隔设有多个垂直地面的吊索，垂直地面的吊索上端与拱形气肋固定，下端与气承膜固定；每个拱形气肋的两端分别通过靴垫固定于地面；气承膜充气系统与气承膜的半圆柱空腔连接；每个拱形气肋均连接一个包覆气肋充气系统；在气承膜的半圆柱空腔内气承膜的顶端均匀分布多个防火水枕；靴垫由固定膜垫、连接膜垫和支撑膜靴组成，在平面固定膜垫中设有圆孔，连接膜垫为一圆环结构，连接膜垫紧密固定套在平面固定膜垫的圆孔内，连接膜垫圆环结构上固定连接有支撑膜靴，支撑膜靴为桶状结构，支撑膜靴桶状结构底面圆孔与连接膜垫的圆环结构同圆心；周向平行吊索与地面锚固在一起；气肋组件通过吊索将整体气承膜悬挂起来，气承膜通过膜固定边固定于地面，使气肋和气承膜成为一个整体；整体支撑膜结构和气承膜分别与支撑充气系统和包覆气肋充气系统连接；在气承膜内部顶端均匀分布防火水枕，从而形成一种混合充气膜结构；所述的吊索组件由若干根吊索组成，吊索组件包括一组平行于拱形气肋置于气承膜之上的吊索、一组垂直于拱形气肋置于气承膜之上的吊索和一组垂直于地面的吊索，分别均匀的布置在气承膜的上部和支撑在拱形气肋之上，互为正交的吊索的交点的投影所构成的平面为轴对称图形，并将拱形气肋连接起来形成一个整体，在火灾发生时可支撑整个气肋组件，不会使整体支撑膜结构发生塌陷；所述的防火水枕均匀的布置在气承膜内部顶端；
具体施工包括如下步骤：首先检验膜材包括气肋的膜和气承膜是否符合国家规范标准，对膜材进行放样和裁剪并进行预拼装；热熔连接好膜材的受力缝后开始固定靴垫，后将气肋组件与靴垫进行连接的同时与气承膜进行热工融合；接下来在气承膜的一个半圆端面设置安装气密室，并在气密室侧边安装气密门，在气密室与气承膜连接处和气承膜与地面的连接处均进行补强处理；然后在气承膜内部安装水枕，在气承膜外部安装吊索组件；连接好一切吊索后对气承膜和气肋结构进行充气并向水枕内充水；最后在调整好气承膜内气压后在水枕与气承膜内表面融合的地方再粘一层防水膜,防水膜为TPU。
2.按照权利要求1所述的一种浮空气肋复合水枕充气膜结构的施工方案，其特征在于，其中固定靴垫后将气肋组件与靴垫进行连接的同时与气承膜进行热工融合为：将气承膜两端每一端的两个或多个气肋拱紧靠在一起，而中间的其他n个气肋拱之间设置一定拱距l2，使这n个气肋拱平均分布于整个气承膜上；确定好气肋与气承膜的位置关系后，将每个气肋拱底部边缘设置靴垫与地面相连——将靴垫置于刚刚确定好位置的气肋拱两个端部的正下方，将靴垫下端内嵌于地面，并在周围打入钢钉，牢牢固定在地面上，后将气肋拱粘接在靴垫套筒上；气肋侧面与气承膜侧面进行融合，融合高度为l1；气肋高于l1的中心部位留出，不与气承膜面进行融合，最终气肋拱成为自平衡结构；
所述对膜材进行预拼装：在放样区对已完成下料的膜要分别进行尺寸复测，并详细记录实测偏差值，校对无误后画骑缝线。
3.按照权利要求1所述的一种浮空气肋复合水枕充气膜结构的施工方案，其特征在于，在气肋与气承膜融合时，同时在气肋膜面设置垂直于地面吊索的位置用两到三片膜片进行热工融合，使膜片周围与气肋膜面融合；而且在气承膜两端的紧靠在一起的气肋所接触的地方也进行热工融合，使其成为整体；
所述对气密室与气承膜连接处和气承膜与地面的连接处进行补强处理，用两层或三层膜热合在一起作为“补强层”，以避免应力集中导致的损坏；
所述在气承膜内部安装水枕，在气承膜内表面将预制好的水枕PTFE膜材上侧用两层或三层膜融合做补强层后通过热工处理融合为一体，最后在水枕膜的一侧沿边开口，安装塑料封口器以便向水枕内注水后封闭。
4.按照权利要求1所述的一种浮空气肋复合水枕充气膜结构的施工方案，其特征在于，在气承膜内部的水枕为：水枕的样式包括但不限于a×b的四边封闭的空心矩形膜，并且水枕均匀地布置在气承膜的内表面上，个数即排列方法包括但不限于横向×纵向为3×3个，每个水枕之间的横向距离为m,纵向距离为n，m和n根据需要调节。
5.按照权利要求1所述的一种浮空气肋复合水枕充气膜结构的施工方案，其特征在于，所述布置吊索为：在已处理好的气承膜膜材外部一面均匀地布置一组平行于气肋拱的吊索作为轴向平行吊索，膜材所对应的气肋拱的位置和两气肋拱的中间均匀布置竖向平行吊索；在气肋拱下侧轴向平行吊索与竖向平行吊索交点的位置均匀地布置一组垂直于气肋拱的吊索；
所述连接吊索为：在气承膜外侧一面两气肋拱之间的所对应索交接网节点处采用U型夹具连接；在气肋拱下部的索网节点处设置钢筒并将这两组吊索限位；在气承膜的边缘用夹具系统使膜面与索采用双边连接；在气肋拱预留的融合膜片中间的位置设置垂直于地面的吊索；将垂直于地面的吊索的另一端深入钢筒中并用螺栓固定。
6.按照权利要求5所述的一种浮空气肋复合水枕充气膜结构的施工方案，其特征在于，采用U型夹具连接：在节点处的轴向平行吊索处套上厚铅皮，用U型夹套入承重索并用双螺帽固定；
所述设置钢筒：钢筒上部为空心，钢筒内径为深入钢筒中且垂直于地面的吊索的直径，钢筒下部为实心，在实心部分有两个孔，使轴向平行吊索和竖向平行吊索穿过。
7.按照权利要求5所述的一种浮空气肋复合水枕充气膜结构的施工方案，其特征在于，所述将吊索限位：在这两组吊索网对应膜材外部一面焊接膜套；
所述设置垂直于地面的吊索：采用单边连接的方法——将索最边缘被织物套包裹起来，用夹具夹住膜面的边索。
8.按照权利要求1所述的一种浮空气肋复合水枕充气膜结构的施工方案，其特征在于，对气承膜进行充气：使用四组气泵从气承膜两侧向气承膜内部冲入空气加压，当气承膜内部气压值为120KPa时停止充气，打开一侧泄压至103KPa；然后同时向各个气肋中充气，最终形成浮空气肋；接下来对气承膜继续充气，充入空气，使得内部气压达到105KPa时停止充气，保持气压；
向各个气肋中充气：这里所充气体密度比空气密度小，包括但不限于氖气。
9.按照权利要求1所述的一种浮空气肋复合水枕充气膜结构的施工方案，其特征在于，向水枕内充水：依次先从四周再向中间排列的水枕注入灭火液体，灭火液体为水，每个水枕冲入灭火液体后封闭塑料开口，待体系稳定。
10.按照权利要求8所述的一种浮空气肋复合水枕充气膜结构的施工方案，其特征在于，调整好气承膜内气压：通过气泵向气承膜内充入空气，使得新体系的内部气压保持在105KPa。
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