JP4987776B2 - 建築用パネル接合構造及び方法、建築構造物 - Google Patents

建築用パネル接合構造及び方法、建築構造物 Download PDF

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本発明は、建築構造物における壁、屋根、床の軸組を構成する水平部材又は鉛直部材に対してパネル構造体を接合する上で好適な建築用パネル接合構造及び方法、並びにこれを含む建築構造物に関する。
近年において、地震等の災害に対する防災への関心が高まっており、特に建築構造物の耐震性の強化が求められている。建築構造物の中でも、建築用パネルを用いた建築構造物については、その耐震性を強化するために先ずパネルの耐震性能を向上させる必要がある。
例えば特許文献1の開示技術は、この耐震性能に優れ、しかも建築コストを低減可能な耐力壁に関する技術である。即ち、耐力壁を構成する土台の上面と構造用合板の下端面との間に、床面材が配置可能な隙間を設け、土台の上面に、床面材の端縁部分を載置できるようにしている。その結果、床面材を支持するための床受部材を土台に設ける必要が無くなり、床の構築作業を容易にすることができる。そして、構造用合板及び床面材の両方に接合される受材を設け、受材を介して構造用合板と床面材とを連結し、かつ、梁及び土台の中間部分同士を連結する間柱を設け、この間柱で枠材を補強する。その結果、壁倍率3以上の耐力を耐力壁に持たせることが可能となる。
しかしながら、この特許文献1の開示技術では、木造の柱部材や梁部材に対して合板を直接的に釘で接合する構成であるため、地震力が作用した際に、柱部材や梁部材がかかる釘の打ち込み部位を中心にして容易に損傷してしまうという問題点があった。また面材の厚み分だけ壁厚が増加してしまい、開口部の納まりを確保するため多くの資材(調整材等)が必要になり、狭小地では敷地が有効に活用できない等の問題点があった。
また、特許文献2の開示技術では、木造構造物を接合部材によって接合することにより方形枠体状をなす基本骨格構造を構成する。そして各接合部材の前記方形枠体状における内向部にベースを固定し、対角位置のベース同士の間にそれぞれシャフトを嵌挿し、さらに圧縮コイルバネの一端を各シャフトの長手方向両端部近傍に固定するとともに、各圧縮コイルバネの反固定端と前記ベースとの間に介在して圧縮コイルバネを反固定端側から固定端側へ圧縮した状態とする押し付け部材とを設ける。
しかしながら、かかる特許文献2の開示技術では、方形枠体状の木造の枠にブレースを取り付ける構成としているため、かかる方形枠体の4隅に金物を取り付ける必要が生じる。このため、製造労力の負担が増大し、製造コストの上昇が否めない結果となる。また、かかる特許文献2の開示技術では、ブレース構造において大きな集中力が発生することになるため、これを補強するための補強材が特に必要となり、その分壁厚が増加してしまうという問題点があった。
特開2004−277702号公報 特開2002−161595号公報
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、建築構造物の耐震性能を向上させる観点から、地震エネルギーをより効果的に吸収することができ、しかも壁等躯体の厚みを厚くすることなく、製造労力の負担をも軽減可能な建築用パネル接合構造及び方法、並びにこれを含む建築構造物を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明に係る建築用パネル接合構造は、フランジ部とウェブ部を有する断面コ字状に構成された薄板軽量形鋼からなる縦枠材並びに横枠材と、上記縦枠材並びに横枠材における各フランジ部にねじ止めされた薄板鋼板面材とを有するパネル構造体が、建築構造物を構成する水平部材に対して上記横枠材におけるウェブ部を介して、また当該建築構造物を構成する鉛直部材に対して上記縦枠材におけるウェブ部を介して、ねじ頭部が上記縦枠材及び上記横枠材の内側に位置するようにねじ止め接合されていることを特徴とする。
このとき、上記パネル構造体は、上記建築構造物を構成する水平部材及び鉛直部材の間隔よりも小さく作製され、上記横枠材におけるウェブ部、上記縦枠材におけるウェブ部の何れか1以上を面外変形させて上記ねじ止め接合されてなるようにされていてもよい。
上述した課題を解決するために、本発明に係る建築用パネル接合構造は、フランジ部とウェブ部を有する断面コ字状に構成された薄板軽量形鋼からなる縦枠材並びに横枠材と、上記縦枠材並びに横枠材における各フランジ部にねじ止めされた薄板鋼板面材とを有するパネル構造体を、上記建築構造物を構成する水平部材に対して上記横枠材におけるウェブ部を介して、また当該建築構造物を構成する鉛直部材に対して上記縦枠材におけるウェブ部を介して、ねじ頭部が上記縦枠材及び上記横枠材の内側に位置するように、ねじ止め接合することを特徴とする。
このとき、上記パネル構造体を、上記建築構造物を構成する水平部材及び鉛直部材の間隔よりも小さく作製し、上記横枠材におけるウェブ部、上記縦枠材におけるウェブ部の何れか1以上を面外変形させてねじ止め接合するようにしてもよい。
上述した構成からなる本発明では、面材を直接的に柱や梁に接合するのではなく、あくまで縦枠材、下横枠材(上横枠材)を介して柱や梁に接合する。このため、柱や梁等の建築構造物の主体構造部材に対して直接的な損傷が加わるのを防止することができる。また、本発明を適用した接合構造では、地震等の外力を受けたときに、ねじ周辺の面材を支圧変形させることで安定した耐震性能の確保が可能となる。
以下、本発明を実施するための最良の形態として、建築構造物における壁、屋根、床を構成する水平部材又は鉛直部材に対してパネル構造体を接合する建築用パネル接合構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、柱4や梁5により構成される建築構造物2に対してパネル構造体1を接合した接合構造を示している。
建築構造物2は、鉛直力を柱4や梁5等の軸組により支える軸組工法により構築されていることを前提としているが、これに限定されるものではなく、フレーム状に組まれた部材にパネル構造体1を打ち付けて、壁や床(面材)で支える枠組壁工法に基づいて構築されていてもよい。また、この建築構造物2は、例えば2階建てから4階建て程度の比較的小規模な建築物であることを想定しているが、これに限定されるものではない。
図2、3は、建築構造物2に対して接合されるパネル構造体1の構成を示している。図2は、このパネル構造体1の斜視図を、また図3(a)は、パネル構造体1の平面図を、図3(b)は、図3(a)におけるB−B断面図を、更に図3(c)は、図3(a)におけるA−A断面図を示している。
パネル構造体1は、枠材16と、面材9とを有する。枠材16は、間隔をおいて対向配置された一対の縦枠材11と、各縦枠材11上端部に亘って配置され、ドリリングタッピンねじ等の図示しないねじ止め固着具により接合された上横枠材13と、各縦枠材11の下端部に亘って配置されて図示しないねじ止め固着具により接合された下横枠材14とにより矩形状で構成されている。
縦枠材11間には、補強用横桟を設けることなく、本発明では、後述する折板により補強用横桟の作用をさせ、縦枠材11のねじれ防止を図るようにしている。
縦枠材11は、上フランジ部32並びに下フランジ部33と、ウェブ部34とからなる断面コ字状に形成された薄板軽量形鋼からなる。ちなみに、形鋼の片面しか面材をねじ止めしないのであれば枠材16はL字形もよく、縦枠材11はコ字状でウェブ部34と面材9をねじ止めしてもよい。また、縦枠材11は上フランジ32並びに下フランジ33の先端側にリップが形成されていてもよい。薄板軽量形鋼としては、板厚0.8mm〜3.2mm好ましくは、板厚1.0mm〜1.6mmの薄鋼板をロールフォーミングにより製作した形鋼で、例えば、リップ付溝形鋼または溝形鋼等の形鋼をそのまま適用するようにしてもよい。
上横枠材13は、上フランジ部42並びに下フランジ部43と、ウェブ部44とからなる断面コ字状に形成された薄板軽量形鋼からなる。下横枠材14は、上フランジ部52並びに下フランジ部53と、ウェブ部54とからなる断面コ字状に形成された薄板軽量形鋼からなる。上横枠材13並びに下横枠材14は、その内側において縦枠材11を嵌合可能となるようなサイズで形成されている。
また、面材9は、薄鋼板をロールフォーミング等により折り曲げ加工することにより形成され、上フランジ22と、上フランジ22の両端に接続されるとともに、当該上フランジ22に対して傾斜して構成されるウェブ23と、このウェブ23に接続され、上フランジ22とほぼ平行な下フランジ24とを有する折板により構成される。その結果、この面材9は、この上フランジ22、ウェブ23、下フランジ24により形成される断面台形状の谷部27と山部28が交互に連続して折曲形成された形状となる。ウェブ23を傾斜させることにより、面材9の使用量を低減することができ、最終的に作製されるパネル構造体1そのものを軽量安価にすることができる。
面材9は、枠材16に対してねじ止めにより接合されている。このとき、面材9の谷部27が、換言すれば下フランジ24が、枠材16に対してドリリングタッピンねじ等の図示しないねじ止め固着具12により固定されることになる。このねじ止め固着具12は、図2(c)に示すように、その頭部が面材9側に位置していることが望ましい。実際にこの面材9を枠材16に固定する際には、ねじ止め固着具12を面材9側から打ち込んでいくことにより、これらを互いに接合していくことになる。また、このねじ止め固着具12による固定位置は、縦枠材11、上横枠材13並びに下横枠材14に沿って所定間隔又は任意間隔をおいて割り当てられている。なお、面材9としての折板における山部28及び谷部27の延長方向は、縦枠材11における長手方向に対して略垂直方向とされている。
ちなみに、図2の形態は、あくまで枠材16を、2本の縦枠材11並びに上横枠材13、下横枠材14による矩形状に構成した場合を例に挙げているが、これに限定されるものではない。例えば図4(a)〜図4(c)では、枠材16として、縦枠材11並びに上横枠材13、下横枠材14に加え、上横枠材13並びに下横枠材14の中間において中間横枠材17を、また両縦枠材11の中間において中間縦枠材18を配設したパネル構造体1aの例を示している。図4(a)は、パネル構造体1aの平面図を、図4(b)は、図4(a)における側断面図を、更に図4(c)は、図4(a)におけるF−F断面図を示している。面材9は、縦枠材11並びに上横枠材13、下横枠材14に加え、中間横枠材17、中間縦枠材18に対してもねじ止め固着具12を介して接合されている。
図5(a)〜図5(b)では、枠材16として、縦枠材11並びに上横枠材13、下横枠材14に加え、両縦枠材11の中間において中間縦枠材18を配設したパネル構造体1の例を示している。図5(a)は、パネル構造体1bの平面図を、図5(b)は、G−G断面図を示している。面材9は、縦枠材11並びに上横枠材13、下横枠材14に加え、中間縦枠材18に対してもねじ止め固着具12を介して接合されている。また、この例では、面材9としての折板における山部28及び谷部27の延長方向は、縦枠材11における長手方向に対して略平行方向とされている。
次に、上述の如き構成からなるパネル構造体1を、建築構造物2における柱4や梁5に接合する接合構造の詳細について、図面を参照しながら説明をする。
図6(a)は、柱4と梁5の連結部分の拡大図を示している。この柱4並びに梁5に対して、パネル構造体1を取り付けていくことになる。このとき、パネル構造体1における縦枠材11は柱4に当接され、また下横枠材14(上横枠材13)は、梁5に当接される。そして、この縦枠材11は柱4に対してウェブ部34を介して接合される。また、下横枠材14(上横枠材13)は、ウェブ部54(44)を介して接合される。ちなみに、柱4とウェブ部34は、ドリリングタッピンねじ等からなるねじ止め固着具47により接合されていてもよい。また、梁5とウェブ部54(44)とは、ドリリングタッピンねじ等からなるねじ止め固着具48により接合されていてもよい。なお、ねじ止め固着具47、48以外の接合手段としては、例えばリベットやボルトでもよい。ただし、ねじは先孔加工が不要であり、閉鎖断面の柱に対しての接合が容易であり、孔クリアランスが無いため低い荷重でのずれの懸念で不要であるため、より好ましい接合手段であるといえる。または、接着剤を塗布することにより、接合するようにしてもよい。
図6(b)は、パネル構造体1を柱4に対して連結する際の断面構成を示している。縦枠材11には、面材9を接合するためのねじ止め固着具12が上フランジ部21において固定され、また、柱4に対して接合するためのねじ止め固着具47がウェブ部34に固定されている。ちなみに、このねじ止め固着具47は、そのねじ頭部が縦枠材11の内側に位置していることが望ましい。
また、この折板からなる面材9は、柱4における外周端4aよりも内側c方向に位置していることが望ましい。具体的には、この面材9は、上フランジ22、ウェブ23、下フランジ24が連続することにより形成される谷部27と山部28のうち、少なくとも谷部27のみがこの柱4における外周端4aよりも内側c方向に位置していることが望ましい。ちなみに、山部28も同様に外周端4aよりも内側c方向に位置していてもよいことは勿論である。
以上詳細に説明したように、上述の如き構成からなる本発明では、パネル構造体1を建築構造物2に対して接合する上で、面材9を直接的に柱4や梁5に接合するのではなく、あくまで縦枠材11、下横枠材14(上横枠材13)を介して柱4や梁5に接合する。このため、柱4や梁5等の建築構造物2の主体構造部材に対して直接的な損傷が加わるのを防止することができる。
また、本発明を適用した接合構造では、地震力が作用したときに、以下に説明するようなメカニズムに基づいて地震エネルギー吸収が可能となる。図7(a)に示すように、面材9における下フランジ24と、縦枠材11における上フランジ部32とが、ねじ止め固着具12により接合されていたとき、図中矢印方向に外力が作用したものとする。このとき、図7(b)に示すように面材下フランジ24に穿設されたねじ孔周辺が支圧変形することになる。その結果、地震エネルギーは、かかる支圧変形により吸収されることになる。特に本発明では、枠材11、13、14を薄板軽量形鋼で構成する点を必須の構成要素としていることから、外力に応じてねじ孔周辺の面材を容易に支圧変形させることが可能となり、地震エネルギーの吸収性能を向上させることが可能となる。
また、上記理由により、本発明を適用した接合構造では、建築構造物2の主体構造部材としての柱4や梁5等に対する、現場での接合度合のばらつきに影響されることなく、安定した耐震性能を発揮することが可能となる。
また、本発明では、面材9から縦枠材11に対しては面材下フランジ24からねじを介して材軸方向の応力のみが作用するため、縦枠材11と接合した柱4には、柱4の軸方向への応力、換言すれば図6(b)紙面垂直方向に向けたせん断応力のみが発生する状態を作り出すことが可能となる。これにより、図6(b)におけるD方向の力が発生することを抑制されることから、ねじ止め固着具47に対して引張方向の荷重が作用するのを防止することも可能となる。このため、このねじ止め固着具47に対して作用する引張荷重に対抗するための柱の補強構造を特段配設する必要も無くなり、またスチフナを設ける必要も無くなり、ひいては加工コストを軽減させることが可能となる。
また、枠材11、13、14を薄板軽量形鋼で構成した本発明では、施工時において、図8に示すように、柱4と枠材11におけるウェブ部34との間で隙間が生じている場合においても、ウェブ部34を面外変形させることができ、かかる隙間を容易に埋めることが可能となる。なお、この図8に示すケースにおいても、柱4と枠材11とはせん断接合であることから、応力の伝達性能は確保することが可能となる。
また、柱4の間隔および梁5の間隔よりもあえてやや小さめにパネル構造体1を作製しておき、上述したウェブ部34の面外変形により、隙間を埋める工法とすることもできる。これにより、作製したパネル構造体1が柱4の間に挿入不能になる事態を回避することができる。これらの工法は新築だけではなく、パネル構造体1を耐震補強に用いる場合も利用でき、施工の容易性を確保することができる。
また、面材9を構造用合板等の平板で構成したパネル構造体1に対して外力が作用した場合を図9に示す。この図9においては、変形前におけるねじ止め固着具12の位置を白丸で、また変形後のねじ止め固着具12の位置を黒丸で示している。図9に示すように、外力が作用した場合は面材9が枠材11、13、14に対してずれてしまうことになる。その結果、角部において面材9が枠材11等からはみ出してしまう。仮に面材9の角部が枠材11からはみ出してしまうと、そのはみ出した部位が柱4等にぶつかり、パネルの変形が阻害されるため、耐震性能の安定確保は難しい。
一方、本発明では、面材9として、谷部27と山部28が交互に連続して折曲形成させた薄板鋼板からなる折板を用いている。これにより、外力が作用した場合は、端部に位置する折板の谷部27や山部28が面外に変形することで、枠材からの面材はみ出しを防止し、安定した耐震性能の確保が可能となる。
また、面材9の角部分が枠材11、13、14に対してずれて角部分がはみ出さないことを利用して、当該面材9の谷部27のみ、又は谷部27、山部28の双方を柱4や梁5における外周端4aよりも内側に位置させることができる。このため、パネル構造体1を柱4や梁5の外周端4aよりも外側に突出してしまうのを防止することができ、壁厚も薄く構成することができる。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。図11は、柱4を断面矩形状の鋼管で構成するのではなく、H形鋼とした例を示している。この場合、パネルを柱間に挿入する際、H形鋼のフランジに枠材がぶつかるため、パネルを分割するなど工夫が必要で、また、H形鋼ウェブの両側にパネルがとりつく場合は柱と枠材をねじ止めするタイミングを考慮しなければならないが、実現は可能である。ちなみに、この柱4は、溝形鋼のウェブ同士を重ね合わせて構成してもよい。
また、図12(a)は、梁5と梁5の間にパネル構造体1を接合する例を示している。かかる場合には、図12(b)に示すように梁5のみに対して上述したように下横枠材14(上横枠材13)をウェブ部54(44)を介して接合することになる。また、縦枠材11は、ウェブ部34の背面を互いに貼り合わせることにより、柱材としての機能を発揮させることになる。
図13(a)は、木製の柱4、梁5に対してパネル構造体1を接合する例を、また図13(b)は、鋼製の柱4、梁5に対してパネル構造体1を接合する例を示している。かかる場合も同様に、梁5に対して上述したように下横枠材14(上横枠材13)をウェブ部54(44)を介して接合し、柱4に対して縦枠材11をウェブ部34を介して接合することになる。
また、本発明では、パネル構造体1を柱4、梁5に接合する場合を例にとり説明をしたが、これに限定されるものではない。建築構造物2におけるいかなる箇所に対してパネル構造体1を接合する際に、上述した接合方法を適用するようにしてもよい。例えば、柱4、梁5にパネル構造体1を接合することにより壁体を構成する代替として、梁5や図示しない根太に対してパネル構造体1を接合して床や天井を構成する際にも上述した接合方法を適用することにより、上述した効果を得ることができることは勿論である。即ち、上述した実施の形態においては、柱4を鉛直部材として、また梁5を水平部材として説明をしたが、本発明は、建築構造物2におけるいかなる箇所を構成する水平部材、鉛直部材に対して、パネル構造体1を接合する際においても上述した技術思想を適用してもよいことは勿論である。
また、上述した例では、あくまで断面コ字状に形成された形鋼からなる枠材11、13、14を介して接合する場合について言及したが、これに限定されるものではない。例えば、枠材11、13、14として、L形鋼や断面矩形状の形鋼を用いるようにしてもよいし、またフランジ部とウェブ部を有するいかなる形鋼を利用するようにしてもよい。
柱や梁により構成される建築構造物に対してパネル構造体を接合した接合構造を示す図である。 建築構造物に対して接合されるパネル構造体の斜視図である。 建築構造物に対して接合されるパネル構造体の構成図である。 建築構造物に対して接合される他のパネル構造体の構成図である。 建築構造物に対して接合される更なる他のパネル構造体の構成図である。 建築構造物に対してパネル構造体を接合する際の拡大斜視図である。 面材と枠材のねじ接合部で地震エネルギーを吸収するメカニズムについて説明するための図である。 柱と枠材のウェブ部との間で隙間が存在していても枠材のウェブ部を面外変形させて固定する例を示す図である。 面材を平板で構成したパネル構造体に対して外部応力が負荷された場合の面材と枠材とのずれについて説明するための図である。 面材を構造用合板等の平板で構成したパネル構造体の配設例について説明するための図である。 柱をH形鋼とした場合における接合例を示す図である。 梁と梁の間にパネル構造体を接合する例を示す図である。 木製、鋼製の柱、梁に対してパネル構造体を接合する例を示す図である。
符号の説明
1 パネル構造体
2 建築構造物
4 柱
5 梁
9 面材
11 縦枠材
12、47、48 ねじ止め固着具
13 上横枠材
14 下横枠材
16 枠材
17 中間横枠材
18 中間縦枠材
22 上フランジ
23 ウェブ
24 下フランジ
27 谷部
28 山部
32、42、52 上フランジ部
33、43、53 下フランジ部
34、44、54 ウェブ部

Claims (14)

  1. フランジ部とウェブ部を有する断面コ字状に構成された薄板軽量形鋼からなる枠材並びに横枠材と、上記枠材並びに横枠材におけるフランジ部にねじ止めされた薄板鋼板面材とを有するパネル構造体が、建築構造物を構成する水平部材に対して上記横枠材におけるウェブ部を介して、また当該建築構造物を構成する鉛直部材に対して上記縦枠材におけるウェブ部を介して、ねじ頭部が上記縦枠材及び上記横枠材の内側に位置するようにねじ止め接合されていること
    を特徴とする建築用パネル接合構造。
  2. 上記パネル構造体は、上記建築構造物を構成する水平部材及び鉛直部材の間隔よりも小さく作製され、
    上記横枠材におけるウェブ部、上記縦枠材におけるウェブ部の何れか1以上を面外変形させて上記ねじ止め接合されてなること
    を特徴とする請求項1記載の建築用パネル接合構造。
  3. 上記パネル構造体は、地震時に、上記ねじ止めのために形成された面材の下フランジに穿設されたねじ孔周辺を枠材材軸方向に支圧変形させることにより、地震エネルギーを吸収すること
    を特徴とする請求項1又は2記載の建築用パネル接合構造。
  4. 上記面材は、谷部と山部を交互に折曲形成した折板であること
    を特徴とする請求項1〜3のうち何れか1項記載の建築用パネル接合構造。
  5. 上記折板における少なくとも谷部は、上記水平部材又は鉛直部材の外周端よりも内側に位置していること
    を特徴とする請求項4記載の建築用パネル接合構造。
  6. 上記折板における山部及び谷部の延長方向は、上記接合すべき水平部材又は鉛直部材に対して略垂直方向とされていること
    を特徴とする請求項4又は5記載の建築用パネル接合構造。
  7. 上記枠材と、上記面材とをねじ止めするためのねじは、その頭部が面材側に位置すること
    を特徴とする請求項1〜6のうち何れか1項記載の建築用パネル接合構造。
  8. 請求項1〜7のうち何れか1項記載のパネル構造体の接合構造を含むことを特徴とする建築構造物。
  9. フランジ部とウェブ部を有する断面コ字状に構成された薄板軽量形鋼からなる枠材並びに横枠材と、上記枠材並びに横枠材におけるフランジ部にねじ止めされた薄板鋼板面材とを有するパネル構造体を、上記建築構造物を構成する水平部材に対して上記横枠材におけるウェブ部を介して、また当該建築構造物を構成する鉛直部材に対して上記縦枠材におけるウェブ部を介して、ねじ頭部が上記縦枠材及び上記横枠材の内側に位置するように、ねじ止め接合すること
    を特徴とする建築用パネル接合方法。
  10. 上記パネル構造体を、上記建築構造物を構成する水平部材及び鉛直部材の間隔よりも小さく作製し、
    上記横枠材におけるウェブ部、上記縦枠材におけるウェブ部の何れか1以上を面外変形させてねじ止め接合すること
    を特徴とする請求項9記載の建築用パネル接合方法。
  11. 谷部と山部を交互に折曲形成した折板からなる上記面材を有する上記パネル構造体を接合すること
    を特徴とする請求項9又は10記載の建築用パネル接合方法。
  12. 上記折板における少なくとも谷部が、上記水平部材又は鉛直部材の外周端よりも内側に位置するように接合すること
    を特徴とする請求項11記載の建築用パネル接合方法。
  13. 上記折板における山部及び谷部の延長方向が、上記接合すべき水平部材又は鉛直部材に対して略垂直となるように接合すること
    を特徴とする請求項11又は12記載の建築用パネル接合方法。
  14. 上記枠材と、上記面材とを、上記面材側からねじを打設することによりねじ止めすること
    を特徴とする請求項9〜13のうち何れか1項記載の建築用パネル接合方法。
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