JP2013501168A - Ｚ字形薄板部材からなる補強部を備える鉄筋コンクリート構成材 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの上方縦補強層（Ｂｏ）及び少なくとも１つの下方縦補強層（Ｂｕ）と、横力補強部（Ｑ）とを備え、該横力補強部の延長部が最上縦補強部（Ｂｏ）と最下縦補強部（Ｂｕ）を介して案内される鉄筋コンクリート構成材であって、横力補強部が建築用鋼材製の少なくとも２０の自由落下の台形または三角形の薄板部材から形成されている、鉄筋コンクリート構成材に関する。各薄板部はその両端部にそれぞれ１つのベンド（４１、４２）を有する。ここでこのベンドは、最上縦補強部（Ｂｏ）または最下縦補強部（Ｂｕ）まで案内されている。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、少なくとも１つの上方縦補強層と、少なくとも１つの下方縦補強層と、横力補強部とを備える鉄筋コンクリート構成材であって、該横力補強部の延長部が最上補強部及び最下縦補強部を介して案内されている、請求項１の上位概念による鉄筋コンクリート構成材に関する。

鉄筋コンクリート構成材またはプレストレストコンクリート構成材では、支承箇所の領域、特に支持接続の領域に、支持力によってそこに発生する横力を吸収するためにせん断補強部が必要なことがしばしばである。

この種のせん断補強エレメントは、Ｓ字ハーケンまたはフレーム、スタッドレール、ダブルヘッドボルト、補強メッシュ、グリッド支持体、トブラーワルム（Ｔｏｂｌｅｒ Ｗａｌｍ）、ガイリンガーカラー（Ｇｅｉｌｉｎｇｅｒ Ｋｒａｇｅｎ）及びクラック星形材（Ｒｉｓｓ−Ｓｔｅｒｎ）等の形態でよく知られている。

Ｓ字ハーケンまたはフレームの形態のせん断補強部は、係留に問題があるため、せん断補強部の引き抜きを阻止するために、通常は存在する湾曲縦補強部を包囲しなければならない。これを敷設することは非常に面倒であり、それによりコストも非常に掛かる。曲げ引張補強部の補強度が高く、せん断補強の割合が大きい場合には、もはや従来のフレームを取り付けることができない。

ドイツ特許公開公報第２７２７１５９号から知られているスタッドレールでは、スタッドの端部に、拡張されたスタッドヘッドが設けられている。スタッドの他方の端部にはスタッド保持レールが溶接されている。このようなスタッドレールの改善形態は、例えばドイツ実用新案公報第２９８１２６７６号から知られている。このスタッドレールは互いに間隔を置いて配置された複数のスタッドを有し、スタッドレールはそのスタッドシャフトの一方の端部に、皿状に拡張されたスタッドヘッドを有し、他方の端部は共通のスタッド保持レールに固定されている。それぞれのスタッドシャフトはスタッド保持レールのスタッド孔部を通って伸長しており、リベットヘッドが設けられている。

この種のスタッドレールは以前から多様に使用されているが、このスタッドレールはせん断力が大きい場合には、スタッドが曲がるため破損することが実際には判明している。それによりコンクリートと補強部との間の結合が特に緩み、鉄筋コンクリート構成材の堅牢さがもはや得られない。

ダブルヘッドボルトは１つのシリンダ状のボルトと、このボルトに対して拡大され、その上またはその下に配置されるボルトヘッドとからなり、ボルトヘッドは通常それぞれ円錐台形に構成されている。そのような複数のボルトは、下部または上部のボルトヘッドに固定されたスペースレールを介してせん断補強エレメントに結合されており、このスペースレールによって取付け状態でのダブルヘッドボルトの正しい配向と正しい高さ位置が得られる。

このせん断補強エレメントの欠点は、ダブルヘッドボルトの製造がまさに面倒であり、例えばボルトヘッドの作製のためにボルト端部を圧縮するか、または円錐台形のボルトヘッドをボルトに溶接する。

これに加えてダブルヘッドボルトは通常、上部から星状に縦補強部の上方層と下方層の間に通される。曲げ引張補強部の補強度が高く、上方補強層と下方補強層のメッシュサイズが異なる場合、それにより取付けが非常に困難であり、しばしば不可能でさえある。

トブラーワルム及びガイリンガーカラーは、統合溶接されたスチールプロフィールからなるスチール構成材であり、個々に作製される。構成材の移動は、自重が大きいのでジャッキを用いて行わなければならない。このジャッキ工具は取付けの間には他の建築現場の別の役目のために使用することができず、または特別に用意しなければならないから、作製と取付けが面倒でコストが非常に掛かる。その大きさと重量のため、この解決手段は完成部品として使用することができない。というのは、完成部品として使用すると、建築現場への輸送がもはや経済的ではなくなるからである。従ってこの補強エレメントは、現場打ちコンクリートのやり方で製作される鉄筋コンクリート構成材にしか使用することができない。

本発明の課題は、従来技術のこれらの欠点及びさらなる欠点を克服し、大きなせん断力及び横力でも吸収することのできる鉄筋コンクリート構成材を提供することである。鉄筋コンクリート構成材またはプレストレストコンクリート構成材は、特に安価に作製可能となり、容易に取り付けできるようになる。理想的にはこれは、完成部品として作製可能である。

本発明の主特徴は、請求項１及び請求項１３の特徴部分に記載されている。構成は請求項２から１２、及び請求項１４から１５の対象である。
少なくとも１つの上方縦補強層及び少なくとも１つの下方縦補強層と、横力補強部とを備え、該横力補強部の延長部が最上縦補強部と最下縦補強部を介して案内される鉄筋コンクリート構成材では、本発明により、建築用鋼材製の少なくとも２０の自由落下の台形または三角形の薄板部材から横力補強部が形成されている。

少なくとも２０の自由落下する台形または三角形の、建設用鋼材製の薄板部材からなる横力補強部の有利な構成は、薄板部材が多数あるのでコンクリートと補強部との間で良好な結合作用を引き起こす。このような鉄筋コンクリート構成材は有利に作製され、耐荷重能力が高い。特に結合作用は、薄板部材の形状を介してさらに増強される。なぜなら薄板部材がコンクリート内で互いに食い込むことができるからである。

鉄筋コンクリート構成材の製造コストは、横力補強部の本発明の構成により非常に小さい。なぜなら市販の建設用鋼材を使用することができるからである。薄板部材の幾何形状が単純であることにより、これを大量生産で、自由落下の打ち抜き部材として作製することができる。従って、溶接工程、ねじ接合またはろう付け接合が不要である。本発明の鉄筋コンクリート構成材の製造コストは、単純な薄板部材による横力補強部の構成によって、格段に低下する。さらに、打抜き製造による薄板部材の製造過程においては、非常にわずかなエネルギーしか必要ない。

鉄筋コンクリート構成材は特に迅速かつ簡単に組み込まれ、特別の専門知識または熟練を必要としない。
押抜きせん断強度の他に、特に横力耐荷重能力も従来の構造に対して同時に格段に向上する。なぜなら横力とトルクがより良好に吸収され、鉄筋コンクリート構成材内でより有利に分散されるからである。従って横力に起因するクラックも小さいままであり、鉄筋コンクリート構成材の最大許容負荷も従来の解決手段に対して有意に上昇させることができる。

天井エレメントの場合に設置されることになる接合継目におけるせん断力伝達も同様に薄板部材が引き受ける。従って本発明の鉄筋コンクリート構成材の製造コストをさらに低下することができる。

好ましくは、横力補強部は、少なくとも５０の薄板部材から形成され、特に好ましくは少なくとも７０の薄板部材から形成される。鉄筋コンクリート構成材内の応力は、多数の薄板部材により非常に均等に分散することができ、このことは耐荷重能力をさらに高める。

本発明の鉄筋コンクリート構成材において横力補強部の結合作用をさらに改善するために、各薄板は２つの端部にそれぞれ１つのベンドを有する。このベンドは、最上縦補強部または最下縦補強部まで案内されている。本発明のこの構成により、鉄筋コンクリート構成材の横力負荷ゾーン内で応力の分散が改善される。断面がＺ字形の薄板部材の単純なベンドは、上方補強層及び下方補強層の少なくとも１つの補強ポールに係合し、これにより、押抜き補強部の、コンクリート圧縮ゾーン及びコンクリート張引ゾーンでの滑りの少ない係留が達成される。

ここで、特に、好ましくは、２つの円形切欠部がベンド内で、台形薄板部材の比較的幅広の端部に形成されている。コンクリートはこの円形切欠部に入り込むことができ、これにより薄板部材とコンクリートとの噛み合いが得られる。これにより鉄筋コンクリート構成材は非常に良く荷重に耐える。さらに薄板部材がこれにより強固に係留され、コンクリートの注入の際に移動しない。

各切欠部を通って案内される縦補強ポールによって、本発明の鉄筋コンクリート構成材の耐荷重能力が改善される。なぜなら斜めに導かれる力が、薄板部材と縦補強ポールとの間の結合作用を介して垂直力成分と横力成分に分散されるからである。鉄筋コンクリート構成材はこれにより、比較的高い延性を有する。

本発明の構成では、ベンドが付加的な溝によって構成されていると特に有利である。これにより鉄筋コンクリート構成材における薄板部材とコンクリートとの結合作用がさらに改善され、鉄筋コンクリート構成材の耐荷重能力がさらに上昇する。

好ましくは、各薄板部材は３ｍｍまたは５ｍｍの厚さを有する。耐荷重能力の理由から実施した実験は、他の厚さでは接合作用を基準にした横力耐荷重能力に最適の関係が達成できないことを示した。特に、２種類の薄板部材厚だけを用意するので、材料コストの点で特に有利である。薄板部材の厚さを特別に適合させる必要はない。むしろ薄板部材は必要に応じて作製することができ、これにより保存コスト及び準備コストが回避される。薄板部材の長さをそれぞれ天井厚に適合させれば良いだけである。

本発明によれば、有利な実施形態では、薄板部材が、横力負荷の大きい領域を中心に均等に配置されている。これにより鉄筋コンクリート構成材の評価を、簡単な手段及び既存の可能性により行うことができる。従って各個別事例ごとに大量の計算をすることが回避できる。本発明によれば、薄板部材を互いに平行に配置すると特に有利である。これにより鉄筋コンクリート構成材の評価に役立つ単純な幾何形状が実現される。従って鉄筋コンクリート構成材の本発明による構造は簡単でコスト的に有利である。

補強部として用いられる薄板部材の配置は、鉄筋コンクリート構成材の取付けの際にコア領域に集中される。そこに配置され、薄板部材により実現される大きな補強量は、鉄筋コンクリート構成材の押抜きせん断強度を有意に上昇させる。理想的には横力負荷のもっとも大きなゾーン、例えば支持領域にあるコア領域までの距離が大きい場合、薄板部材の数を有利に減少することができる。この場合、補強部材の接線間隔は、コア領域からの間隔が増大するとともに拡大することができる。

特に有利には本発明は、建築用鋼材製の多数のＺ字形薄板部材からこのようになる横力補強部が次式を満たすように構成される。

ここでｕ_kritは、以下の記載を考慮したＤＩＮ１０４５−１の１０．５．２節による臨界円切断の周囲長であり、ＤＩＮ１０４５−１の１０．５．２（１４）節はここでは適用されない。

臨界円形断面は、内部支持部及びプレート内の開口部近傍にある支持部についてはＤＩＮ１０４５−１の１０．５．２節に従って案内すべきである。少なくとも１つのプレート縁部から少なくとも６ｈ未満で離された支持部は、縁部支持部またはコーナー支持部として有効である。これらの支持部について、円形断面をＤＩＮ１０４５−１、図４１に依拠して案内すべきであり、この場合は縁部間隔として６ｈを使用すべきである（図４１の３ｄの代わりに）。ＤＩＮ１０４５−１、図３９による円形断面案内部が生じた場合、これにより円形断面長が小さくなり、従ってこれが基準となる。

βは、水平に不動に支承された天井システムのための、ＤＩＮ１０４５−１、図４４またはＤＡｆＳｔｂの５２５冊、１０．５．３節に従った負荷上昇係数である。
Ｖ_Edは、構成材に作用する影響ｖ_Rd、_max＝α_Blech・ｖ_Rd、_ctの設計値あり、ここで
α_Blechは、薄板による耐荷重能力上昇を考慮するための係数である。

ｖ_Rd、_ctは以下のようにして内部支持部、縁部支持部、及びコーナー支持部に対して求められる。
臨界円形断面では、最大耐荷重能力を求めるためのプレートの横力耐荷重能力Ｖ_Rd、_ctが次式のようになる。

κは、ＤＩＮ１０４５−１の式（１０６）による尺度係数、
ρ_lは、注目する円形断面内の平均縦補強度、
ｄは、静的な構成材高さである。

さらに、建築用鋼材製のこのような多数のＺ字形薄板部材から形成される横力補強部が式β・Ｖ_Ed≦Ｖ_Rd、_sy、_Zを満たすと有利である。
ここで、
Ｖ_Edは、構成材に作用する影響の設計値に対応し、
βは、ＤＩＮ１０４５−１、図４４またはＤＡＳｔｂ、５２５冊、１０．５．３節によるものであり、
Ｖ_Rd、_sy、_Zは、薄板部材の押抜きせん断抵抗に対応し、
Ｖ_Rd、_sy、_Z＝ｋ１・Ｖ_Rd、_ct・ｕ_i＋ｂ_Blech・ｔ_Blech・ｆ_yd・ｎ_Bleche
ｋ１＝１．７０は支持縁部から間隔０．５ｄの円形断面に対するもの、
ｋ１＝１．３５は支持縁部から間隔１．２５ｄの円形断面に対するもの、
ｋ１＝１．００は支持縁部から間隔２．０ｄ以上の円形断面に対するものであり、
ｕ_iは、注目する証明断面での円形断面の周囲長であり、
ｆ_ydは、薄板部材の降伏点の評価値であり、
ｂ_Blechは、薄板部材の最小ウェブ幅であり、
ｔ_Blechは、薄板部材の厚さであり、
ｎ_Blecheは、注目する円形断面におけるスチール板の数である。

このように構成された鉄筋コンクリート構成材は、従来技術で公知の同等のすべての解決手段よりも少なくとも強い押抜きせん断特性を有する。
さらに、負荷がかかる面（支持部）から出る半径ｓｒの方向（半径方向）での薄板の間隔が、以下の値を越えないことが有利である。
・先行のまたは次の円形断面までの薄板の間隔が０．７５ｄを越えてはならない。
・２つの薄板の最小間隔が３ｃｍを下回ってはならない。

特に、円形断面ｓ_tの経過方向（接線方向）での薄板の互いの間隔は有利には次の値以下である。
ｓ_t≦０．７５×ｄ×０．８×ｉ≦３．５×ｄ
ｉ 円形断面の番号
ｄ 静的な構成材高さ。

従って本発明により最大の耐荷重能力が達成される。
本発明の鉄筋コンクリート構成材の製造方法では、まず薄板部材が縦補強部の最下層に通される。続いて薄板部材は、これが縦補強部の切欠部を形状的に包囲し、転倒が阻止されるので上方に起立する。このとき、薄板部材は上方の縦補強層まで、またはそれを越えて突き出る。続いてチャージ内の補強部にコンクリートが注入される。コンクリートが硬化すると、鉄筋コンクリート構成材は完成し、負荷をかけることが可能である。

その代わりに薄板部材を、縦補強部の最上層に通すこともできる。この場合、薄板部材は下方に吊り下がり、下方の縦補強層まで突き出る。コンクリートを注入すると、本発明の鉄筋コンクリート構成材が同様に完成する。

特に有利には、コンクリートの注入は２つの工程で行われる。ここでは例えば、薄板部材を縦補強部の最下層に通した後、縦補強部に薄板部材とともに注入し（少なくとも５ｃｍの厚さに）、硬化の後、建築現場に輸送することができる。ここでは上方縦補強層の取付けとコンクリートによる注入が、所望の天井厚に達するまで行われる。コンクリートが硬化すると、本発明の鉄筋コンクリート構成材が完成する。

本発明のさらなる特徴、詳細及び利点は、請求項の文言、及び図面に基づく実施例の以下の説明から明らかとなる。

本発明の鉄筋コンクリート構成材の断面図である。 薄板部材の正面図である。 薄板部材の側面図である。 薄板部材の平面図である。 本発明の鉄筋コンクリート構成材における薄板部材の配置状態の断面図である。 本発明の鉄筋コンクリート構成材の補強部配置を示す図である。

図１は、コンクリート構成材表面Ｏに補強ポールＳから形成された上方補強層Ｂｏと、下方補強層Ｂｕとを有する鉄筋コンクリート構成材の一部を示す。押抜きせん断強度と横力耐荷重能力を高めるために、台形の薄板部材１０が上方補強層Ｂｏと下方補強層Ｂｕを有する。ここで薄板部材１０は１つの方向で補強部に対して平行であり、コンクリート表面Ｏに対して直角に配置されている。

平坦な薄板部材１０の端部側で水平に角度決めされたベンド４１、４２が、上方補強層Ｂｏと下方補強層Ｂｕを取り囲む。下方領域１５にある切欠部３０を通して補強ポールＳが案内されており、これにより薄板部材１０は下方補強層Ｂｕと結合されており、下方補強層Ｂｕに対する位置が確保されている。

上方のベンド４１は、本実施例では上方補強層Ｂｏの上に案内されており、これに係合している。本発明ではこのことは必ずしも必要ではなく、ベンド４１が上方補強層Ｂｏと同じ高さまで案内されれば十分であろう。結合作用は、上方補強層Ｂｏから平坦な薄板部材１０を介して下方補強層Ｂｕまで横力を伝達する。

図２ａは、鉄筋コンクリート構成材で使用するための本発明の薄板部材１０の側面図である。薄板部材１０は、主部材１２として建築用鋼材製の単純で平坦な台形体を有し、この台形体は下方領域１５に穴の形で２つの切欠部３０を有する。補強ポールＳは、円形切欠部３０として構成された係留手段を貫通して案内されている。上方のベンド４１は構成材１２に対して実質的に直角をなしている。ここでは特に、下方のベンド４２が補強ポールＳに後方から係合していることが顕著である。

図２ｂは、薄板部材１０の正面図である。下方端部１５から上方端部１４に向かって薄板部材１０の平坦な主部材１２が先細になっていることが分かる。ここでベンド４１、４２は互いに実質的に平行をなしている。円形切欠部３０が、補強ポールＳを収容するための係留手段を形成する。ここで切欠部３０は、台形の薄板部材１０の長手軸に対して実質的に対称に配置されている。

図２ｃは薄板部材１０の平面図であり、下方のベンド４２も切欠部３２を有することが分かる。ここで切欠部３２は、鉄筋コンクリート構成材１内での薄板部材１０の結合作用を改善する。上方のベンド４１では、本実施例で切欠部３２が省略されている。しかし上方のベンド４１も本発明の切欠部を有することができる。

図２ａから２ｃには、上方領域１４では成形されたベンド４１が後方に角度付けされており、一方、下方領域１５ではベンド４２が前方に向かって形成されていることもよく示されている。従って薄板部材１０の断面は実質的にＺ字形を有する。ここで上方のベンド４１は曲げ引張補強部の高さにあり、一方、下方のベンド４２は曲げ圧縮ゾーン内に形成されており、この曲げ圧縮ゾーン内で下方のベンド４２は通されたコンクリート鋼ポールＳとともに、押抜き補強部の滑りの少ない係留を形成している。

図３は、複数の薄板部材１０を備える本発明の鉄筋コンクリート構成材の一部を示す。ここで下方のベンド４２は、下方補強部Ｂｕの最外層に後方から係合する。ここで補強ポールＳは、それぞれの薄板部材１０のそれぞれの切欠部３０を通って連続的に案内されている。この実施形態では特に、上方のベンド４１を、上方補強層Ｂｏを必ずしも完全に越えるまで案内する必要のないことが示されている。薄板部材１０のベンドが、補強層Ｂｏ、Ｂｕまで案内されていれば十分であり、これらを越える必要はない。

図４は、配置された多数の薄板部材を備える本発明の鉄筋コンクリート構成材を示す。薄板部材がコア領域Ｋを中心に均等に配置されていることが分かる。さらに薄板部材１０が互いに平行に配置されていることが顕著である。

本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、多種多様に組み合わせることができる。
請求の範囲、明細書及び図面から明らかとなるすべての特徴及び利点は、構造的な詳細、空間的な配置及び方法工程も含めて、それ自体でも、様々に組み合わせても、本発明に重要なものとなり得る。
［符号の説明］
Ｂｏ 上方補強層
Ｂｕ 下方補強層
Ｓ 補強ポール
Ｋ 集中領域
Ｏ コンクリート構成材表面
１ 鉄筋コンクリート構成材またはプレストレストコンクリート構成材
１０ 補強構成材
１２ 主部材
１４ 上方領域
１５ 下方領域
３０ 切欠部
３２ 切欠部
４０ ベンド
４１ 上方のベンド
４２ 下方のベンド
５０ 補強部配置

Claims (15)

1. 少なくとも１つの上方の縦補強層（Ｂｏ）及び少なくとも１つの下方の縦補強層（Ｂｕ）と、横力補強部（Ｑ）とを備え、該横力補強部の延長部が最上縦補強部（Ｂｏ）及び最下縦補強部（Ｂｕ）を介して案内されている、鉄筋コンクリート構成材（１）であって、
   横力補強部（Ｑ）は、建築用鋼材製であり、少なくとも２０の自由落下する台形または三角形の薄板部材から形成されていることを特徴とする、鉄筋コンクリート構成材（１）。
2. 好ましくは横力補強部（Ｑ）は、少なくとも５０の薄板部材（１０）から形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の鉄筋コンクリート構成材（１）。
3. 好ましくは横力補強部（Ｑ）は、少なくとも７０の薄板部材（１０）から形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の鉄筋コンクリート構成材（１）。
4. 各薄板部材（１０）はその両端部にそれぞれ１つのベンド（４１、４２）を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート構成材（１）。
5. ２つの円形切欠部（３０）が、ベンド（４２）の近傍で、薄板部材の比較的幅広の端部に形成されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の鉄筋コンクリート構成材（１）。
6. 前記各切欠部（３０）を通して縦補強ポール（Ｓ）が案内されていることを特徴とする、請求項５に記載の鉄筋コンクリート構成材（５）。
7. 前記ベンド（４１、４２）は付加的な溝（３２）により形成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート構成材（１０）。
8. 各薄板部材（１０）は、３ｍｍまたは５ｍｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート構成材（１）。
9. 薄板部材（１０）は、領域（Ｋ）を中心に均等に配置されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート構成材（１）。
10. 薄板部材（１０）は、互いに平行に配置されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート構成材（１）。
11. 前記横力補強部（Ｑ）は、式（β・Ｖ_Ed／ｕ_krit）≦Ｖ_Rd、_maxが満たされるように、建築用鋼材製の多数の薄板部材（１０）から形成されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート構成材（１）。
12. 前記横力補強部（Ｑ）は、式β・Ｖ_Ed≦Ｖ_Rd、_sy、_Zが満たされるように、建築用鋼材製の多数の薄板部材（１０）から形成されていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の鉄筋コンクリート構成材（１）。
13. 請求項１に記載の本発明の鉄筋コンクリート構成材（１）の製造方法であって、
    薄板部材（１０）を縦補強部の最下層（Ｂｕ）に通すステップと、
    薄板部材（１０）を上方に起立させ、上方補強層（Ｂｏ）まで突き出るようにするステップと、
    コンクリートを注入するステップと
    を有する製造方法。
14. 請求項１に記載の本発明の鉄筋コンクリート構成材（１）の製造方法であって、
    薄板部材（１０）を縦補強部の最上層（Ｂｏ）に通すステップと、
    薄板部材を下方に吊り下がり、下方縦補強層まで突き出るようにするステップと、
    コンクリートを注入するステップと
    を有する製造方法。
15. コンクリートによる注入を２つの工程で行うことを特徴とする、請求項１３または１４に記載の方法。

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