JP6794671B2 - 引張構造、及び、制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、引張構造、及び、制振構造に関する。

構造縦材（例えば柱）と構造横材（例えば梁）に囲まれた架構の構面内に、ブレース（筋交い）やダンパーを設けた制振構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のブレースは、引張材としての棒鋼と、棒鋼の間に設けられて引張力を調整するターンバックルとを備えており、対角線方向の引張力（軸力）を負担する引張構造として機能している。

特開２０１４−２３１８９７号公報

しかしながら、上述したようなブレースでは、使用する棒鋼の規格（ＪＩＳ）が限られており、高荷重を負担させようとすると、規格外のものを使用する必要があった。これによりコストが高くなってしまう問題があった。また、引張材として、安価な鋼板（平板）を用いることも考えられるが、この場合、有効な軸力調整機構が無く、軸力の調整が困難であった。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたもので、その主な目的はコストの低減を図りつつ、高荷重を負担できるようにすることにある。

かかる目的を達成するために本発明の引張構造は、
所定方向の一方側の部材と他方側の部材との間で引張力を負担する引張構造であって、
前記一方側の部材に接合され、前記所定方向に沿って配置された第一平板と、
前記他方側の部材に接合され、前記所定方向に沿って配置された第二平板と、
前記第一平板の前記所定方向の他方側の端部に溶接され当該第一平板と直交する第一座板と、
前記第二平板の前記所定方向の一方側の端部に溶接され当該第二平板と直交し、前記第一座板と対向する第二座板と、
前記第一座板と前記第二座板を引っ張る引張調整部材と、
を備え、
前記引張調整部材は、ボルトと、前記ボルトに螺合するナットとを有し、
前記ボルトは、前記所定方向の一方側から前記第一座板及び前記第二座板を貫通し、
前記ナットは、前記第二座板の前記所定方向の一方側の面、及び、他方側の面にそれぞれ設けられている
ことを特徴とする。
このような引張構造によれば、引張材として平板（第一平板、第二平板）を用いても軸力を調整可能である。これにより、鋼棒とターンバックルを用いる場合よりも、コストの低減を図ることができ、また、高荷重を負担することができる。
また、軸力を容易に調整することができるとともに、ボルトの緩みを防止することができる。

かかる引張構造であって、前記第一座板と前記第二座板は前記所定方向に離間しており、前記第一座板は、前記ボルトの頭部と、前記第二座板の前記所定方向の一方側の面に設けられた前記ナットとの間で移動可能であることが望ましい。
このような引張構造によれば、圧縮力に対応することができ、これにより、第一平板及び第二平板の座屈を防止することができる。

かかる引張構造であって、前記第一平板は、前記第一座板の中央に配置されており、前記第二平板は、前記第二座板の中央に配置されており、前記引張調整部材は、前記第一座板及び前記第二座板の各中央を中心として対称に設けられていることが望ましい。
このような引張構造によれば、軸力を偏らずに安定して発揮させることができる。

かかる引張構造であって、前記一方側の部材、及び、前記他方側の部材は、左右一対の構造縦材と上下一対の構造横材とに囲まれた構面の対向する隅角部であってもよい。
かかる引張構造であって、前記一方側の部材、又は、前記他方側の部材が振動減衰装置であってもよい。
また、かかる目的を達成するために本発明の制振構造は、上記の引張構造を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、コストの低減を図りつつ、高荷重を負担することができる。

本実施形態の引張構造を備えた制振構造の概略説明図である。 図２Ａ〜図２Ｃは、下側ブレース３０の構成を示す図である。 下側ブレース３０が変形した場合を示す図である。 図４Ａは振動減衰装置４０の構成を示す図であり、図４Ｂは振動減衰装置４０が変形した場合を示す図である 図５Ａは、定常状態における制振構造の概念図であり、図５Ｂは、非定常状態における制振構造の概念図である。

＝＝＝実施形態＝＝＝
＜制振構造について＞
図１は、本実施形態の引張構造を備えた制振構造の概略説明図である。なお、上下方向、及び、左右方向を図に示すように定めている。この制振構造は、左右一対の柱１２（構造縦材に相当）と上下一対の梁１４（構造横材に相当）によって形成された架構フレーム１０の構面に設けられたものであり、上側ブレース２０と、下側ブレース３０と、振動減衰装置４０とを備えている。

上側ブレース２０は、架構フレーム１０の構面における２つの対角線の上側部分に左右一対となるように設けられている。より具体的には、上側ブレース２０は、架構フレーム１０の左上隅角部と振動減衰装置４０の左上角部との間、及び、架構フレーム１０の右上隅角部と振動減衰装置４０の右上角部との間に対角線方向に沿って設けられている。

本実施形態の上側ブレース２０は、長方形状の鋼製の板部材（平板）である。図１では、長方形状の上側ブレース２０の短辺部分が示されている。すなわち、紙面の奥行方向が長辺方向となっている。そして、上側ブレース２０の一端と架構フレーム１０の角隅部、及び、上側ブレース２０の他端と振動減衰装置４０の角部とが、それぞれ、ピン接合されている。ただし、これには限られず、例えば溶接にて接合（剛接合）されていてもよい。そして、上側ブレース２０は、対角線の上側部分の架構フレーム１０と振動減衰装置４０の間で引張力を負担する（後述する下側ブレース３０を引っ張ることにより振動減衰装置４０を介して引張力が負担される）。

下側ブレース３０（引張構造に相当）は、架構フレーム１０の構面における２つの対角線の下側部分に左右一対となるように設けられている。より具体的には、下側ブレース３０は、架構フレーム１０の左下隅角部と振動減衰装置４０の左下角部との間、及び、架構フレーム１０の右下隅角部と振動減衰装置４０の右下角部との間に設けられている。そして、下側ブレース３０は、対角線の下側部分における架構フレーム１０と振動減衰装置４０の間で引張力を負担する。なお、下側ブレース３０の構成については後述する。

振動減衰装置４０は、架構フレーム１０の構面の略中央（対角線の交差部分）に設けられており、架構フレーム１０の振動による変形を減衰させるものである。振動減衰装置４０は、左右一対の上側ブレース２０、及び、左右一対の下側ブレース３０を介して架構フレーム１０に連結されている。そして、振動減衰装置４０は、上側ブレース２０、及び、下側ブレース３０により架構フレーム１０の略中央に支持されている。なお、振動減衰装置４０の構成については後述する。

＜下側ブレース３０について＞
図２Ａ〜図２Ｃは、下側ブレース３０の構成の一例を示す図である。なお、図２Ｂは図２Ａの側面図であり、図２Ｃは、図２ＡのＡ−Ａ矢視図である。

下側ブレース３０は、架構フレーム１０の構面における下側の隅角部と、振動減衰装置４０の下側の角部との間において、架構フレーム１０の対角線方向（所定方向に相当）に沿って設けられている。以下の説明において、対角線方向のうち、架構フレーム１０の隅角部側のことを一方側ともいい、振動減衰装置４０の角部側のことを他方側ともいう。

図２Ａ〜図２Ｃに示すように、下側ブレース３０は、第一平板３２Ａ、第二平板３２Ｂ、第一座板３４Ａ、第二座板３４Ｂ、第一補強板３６Ａ、第二補強板３６Ｂ、ボルト３７、及び、ナット３８ａ、３８ｂを備えている。

第一平板３２Ａは、鋼製の板状部材であり、一端（対角線方向の一方側の端）が架構フレーム１０の構面の隅角部にピン接合されて対角線方向に沿って配置されている。なお、第一平板３２Ａと架構フレーム１０の構面の隅角部との接合はピン接合には限られず、例えば、溶接にて接合（剛接合）されていてもよい。また、第一平板３２Ａの他端（対角線方向の他方側の端）は、第一座板３４Ａの中央に配置されている。

第二平板３２Ｂは、鋼製の板状部材であり、一端（対角線方向の他方側の端）が振動減衰装置４０の角部にピン接合されて対角線方向に沿って配置されている。なお、第二平板３２Ｂと振動減衰装置４０の角部との接合もピン接合には限られず、例えば、溶接にて接合（剛接合）されていてもよい。また、第二平板３２Ｂの他端（対角線方向の一方側の端）は、第二座板３４Ｂの中央に配置されている。

第一座板３４Ａは、第一平板３２Ａの対角線方向の他方側の端において第一平板３２Ａに直交（交差）する鋼製の板状部材である。第一平板３２Ａと第一座板３４ＡはＴ字状に溶接されている。また、第一座板３４Ａには、ボルト３７（後述）を通すためのボルト孔３４１が厚さ方向（対角線方向）に貫通して形成されている。

第二座板３４Ｂは、第二平板３２Ｂの対角線方向の一方側の端において第二平板３２Ｂに直交（交差）する鋼製の板状部材である。第二平板３２Ｂと第二座板３４ＢもＴ字状に溶接されている。また、第二座板３４Ｂにも、ボルト３７を通すためのボルト孔３４２が厚さ方向（対角線方向）に貫通して形成されている。なお、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第二座板３４Ｂと第一座板３４Ａは対角線方向に離間しており、第二座板３４Ｂは第一座板３４Ａに対向して配置されている。

第一補強板３６Ａは、第一平板３２Ａと第一座板３４Ａの接合部分を補強するための部材であり、第一平板３２Ａ及び第一座板３４Ａにそれぞれ溶接されている。本実施形態の第一補強版３６Ａは、三角形の板状部材である。第一補強板３６Ａは、第一平板３２Ａを挟むように当該第一平板３２Ａの両側に設けられており、第一平板３２Ａで区画された第一座板３４Ａの領域（第一平板３２Ａとの接合面における領域）をさらに区画している。そして、第一平板３２Ａ及び第一補強板３６Ａで区画された第一座板３４Ａの領域（４つの領域）に、それぞれ、前述したボルト孔３４１が形成されている。

第二補強板３６Ｂは、第二平板３２Ｂと第二座板３４Ｂの接合部分を補強するための部材であり、第二平板３２Ｂ及び第二座板３４Ｂにそれぞれ溶接されている。第二補強版３６Ｂも三角形の板状部材である。第二補強板３６Ｂは、第二平板３２Ｂを挟むように当該第二平板３２Ｂの両側に設けられており、第二平板３２Ｂで区画された第二座板３４Ｂの領域（第二平板３２Ｂとの接合面における領域）をさらに区画している（図２Ｃ参照）。そして、第二平板３２Ｂ及び第二補強板３６Ｂで区画された領域（４つの領域）に前述したボルト孔３４２がそれぞれ形成されている。

ボルト３７は、第一座板３４Ａのボルト孔３４１及び第２座板３４Ｂのボルト孔３４２を通り、対角線方向の一方側から他方側に向かって、第一座板３４Ａ及び第二座板３４Ｂを貫通している。そして、ボルト３７の頭部は第一座板３４Ａの対角線方向の一方側の面に位置している。本実施形態では、図２Ｃに示すように、ボルト３７は複数（ここでは４個）設けられている。これら４個のボルト３７は、第二平板３２Ｂ（第二座板３４Ｂの中央）を中心として対称に（２個ずつ）設けられている。換言すると、４個のボルト３７は、第一平板３２Ａ（第一座板３４Ａの中央）を中心として対称に（２個ずつ）設けられている。このように、ボルト３７を配置することで、引張力（軸力）を偏らずに安定して発揮させることができる。また、片側２固のボルト３７は、第一補強板３６Ａ（及び第二補強板３６Ｂ）を中心として対称に設けられている。

ナット３８ａ及びナット３８ｂは、ボルト３７に螺合する部材である。ナット３８ａは、第二座板３４Ｂの対角線方向の一方側の面に配置されてボルト３７と螺合しており、ナット３８ｂは、第二座板３４Ｂの対角線方向の他方側の面に配置されてボルト３７と螺合している。このように、ボルト３７に対して２つのナット（ナット３８ａ、ナット３８ｂ）を設けることにより、ボルト３７の緩みを防止することができる。

このボルト３７とナット３８ａ、３８ｂによって、第一座金３４Ａ（及び第一平板３２Ａ）と第二座金３４Ｂ（及び第二平板３２Ｂ）とを引っ張ることができ、また、軸力を容易に調整することができる。すなわち、ボルト３７及びナット３８ａ、３８ｂは、第一座板３４Ａと第二座板３４Ｂを引っ張る引張調整部材に相当する。

また、本実施形態において、第一座板３４Ａはボルト３７の頭部とナット３８ａとの間の範囲で対角線方向に沿って移動可能である。換言すると、本実施形態の下側ブレース３０は縮む方向への変形が可能である。

図３は、下側ブレース３０が変形した場合を示す図である。図３に示すように、下側ブレース３０に圧縮力が働くと、第一座板３４Ａがボルト３７に沿って対角線方向に移動する。つまり、第一座板３４Ａが第二座板３４Ｂに近づき、第一座板３４Ａと第二座板３４Ｂとの距離が小さくなる。このように、本実施形態の下側ブレース３０は縮む方向への変形が可能であり、これにより、圧縮力に対応することができる。

＜振動減衰装置４０について＞
図４Ａは、振動減衰装置４０の構成の一例を示す図であり、図４Ｂは、振動減衰装置４０が変形した場合（非定常状態）の一例を示す図である。本実施形態の振動減衰装置４０は、左部材４１、右部材４２、上部材４３、下部材４４、及び、オイルダンパー４６（粘性ダンバー）を備えている。

左部材４１、右部材４２、上部材４３、及び、下部材４４は、それぞれ縦長の板状の部材である。そして、それぞれ、角部において連結ボルト５０により連結されている。これにより、左部材４１、右部材４２、上部材４３、及び、下部材４４は、振動減衰装置４０の枠部を構成している。そして、この枠部は、機構上、一つの平行リンクとして機能する。すなわち、左部材４１、右部材４２が連結ボルト５０を関節軸として上部材４３、下部材４４に対して回動することにより、上部材４３と下部材４４とが互いに平行な姿勢を保ったまま相対移動するように構成されている。これにより、この枠部は、図４に示すように、架構フレーム１０が振動により変形する際、上側ブレース２０や下側ブレース３０の引張力によって変形する。

また、下部材４４の上縁部及び上部材４３の下縁部には、それぞれ補強用のフランジ４４ｂ、４３ｂが設けられている。また、下部材４４の上縁部の右端付近には、ダンパー保持部４４ａが上方に突出するように設けられており、上部材４３の下縁部の左端付近には、ダンパー保持部４３ａが下方に突出するように設けられている。

オイルダンパー４６は、シリンダ部４６ａとピストン軸４６ｂとを有する直動式のものであり、下部材４４と上部材４３との間に設けられている。具体的には、オイルダンパー４６は、上部材４３のダンパー保持部４３ａにシリンダ部４６ａが連結され、下部材４４のダンパー保持部４４ａにピストン軸４６ｂが連結されている。換言すると、オイルダンパー４６（シリンダ部４６ａ）は、上部材４３を介して、上側ブレース２０と接合されている。また、オイルダンパー４６（ピストン軸４６ｂ）は、下部材４４を介して、下側ブレース３０の第二平板３２Ｂ（対角線方向の他方側の端部）と接合されている。こうして、オイルダンパー４６は、上部材４３と下部材４４に対してほぼ平行に設けられている。

以上の構成により、振動減衰装置４０は、架構フレーム１０が振動により変形する際、その変形に伴う力を上側ブレース２０、下側ブレース３０を介して、オイルダンパー４６に作用させ、架構フレーム１０の振動を減衰させる。すなわち、対角線の一方における上側ブレース２０と下側ブレース３０の引張力により図４に示すように振動減衰装置４０の枠部（左部材４１、右部材４２、上部材４３、及び、下部材４４）が変形し、当該枠部の変形に応じてオイルダンパー４６が直動方向に作動する。これにより、オイルダンパー４６の減衰特性を効率よく発揮させて、優れた制振効果を得ることができる。

＜制振構造の動作について＞
図５Ａは、定常状態における制振構造の概念図であり、図５Ｂは、非定常状態（架構フレーム１０が水平荷重により変形した状態）における制振構造の概念図である。

定常状態では、架構フレーム１０の対角線方向に均等に引張力が作用している。このため、振動減衰装置４０の枠部の形状は、図５Ａに示すように、架構フレーム１０の形状と相似形の長方形に保持されている。

架構フレーム１０が水平荷重を受けて変形すると、架構フレーム１０の２本の対角線のうち、一方の対角線上に設けられたブレース（図５Ｂの場合、右上の上側ブレース２０と左下の下側ブレース３０）の張力が、他方の対角線上に設けられたブレース（図５Ｂの場合、左上の上側ブレース２０と右下の下側ブレース３０）の張力よりも大きくなる（右上と左下を結ぶ対角線側の張力が大きくなる）。このため、振動減衰装置４０の枠部も架構フレーム１０の変形に追従して変形する。この枠部の変形に応じて、前述したようにオイルダンパー４６が作用し、架構フレーム１０の振動を減衰させる。

仮に、上側ブレース２０や下側ブレース３０を、棒鋼（引張材）と、棒鋼の間で引張力を調整するターンバックルとによって形成した場合、使用する棒鋼の規格（ＪＩＳ）が限られている。例えば、棒材の断面が３３ｍｍの場合、引張強度が２８９ｋＮのものまでしかない（ＪＩＳ Ａ ５５４０）。このため、これよりも高い高荷重を負担させようとすると、規格外の部材を使用することになり、コストが増大する。

これに対し、本実施形態では、引張材として安価で高強度の鋼板（第一平板３２Ａ、第二平板３２Ｂなど）を用いている。これにより、コストの低減を図るとともに、高い荷重を負担することができる。なお、本実施形態では、第一平板３２Ａ、第二平板３２Ｂの端部にそれぞれ、第一座板３４Ａ、第二座板３４Ｂを対向するように設けており、これらをボルト３７及びナット３８ａ、３８ｂによって締め付けている（引っ張っている）ので、引張材として第一平板３２Ａ、第二平板３２Ｂを用いても簡易に引張力を調整することができる。

また、張力の小さい側の対角線側（図５Ｂの場合、左上と右下を結ぶ対角線）では、圧縮方向への応力（圧縮力）が働く可能性がある。ブレースに棒材とターンバックルを用いる場合、圧縮力に対応することができないため座屈するおそれがある。これに対し、本実施形態の下側ブレース３０は、前述したように縮む方向に変形できるので、引張材（第一平板３２Ａ及び第二平板３２Ｂ）の座屈を防止することできる。

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

＜下側ブレース３０について＞
前述の実施形態では、第一平板３２Ａと第一座板３４Ａ、及び、第二平板３２Ｂと第二座板３４Ｂをそれぞれ溶接によって接合していたが、これには限られない。例えば、第一平板３２Ａと第一座板３４Ａ、及び、第二平板３２Ｂと第二座板３４Ｂを（Ｔ字状に）一体成形したものであってもよい。あるいは、Ｈ形鋼やＴ形鋼から切り出して形成してもよい。また、第一補強板３６Ａ、第二補強板３６Ｂは設けていなくてもよい。

また、前述の実施形態では、第一平板３２Ａと第一座板３４Ａ、及び、第二平板３２Ｂと第二座板３４ＢをそれぞれＴ字状に形成していたがこれには限られない。例えば、第一平板３２Ａの端面が第一座板３４Ａから突き出るように第一平板３２Ａと第一座板３４Ａを一体成形してもよい。第二平板３２Ｂと第二座板３４Ｂも同様である。

また、上側ブレース２０を下側ブレース３０と同じ構成にしてもよい。少なくとも対角線の一部（一箇所）に下側ブレース３０と同じ構成が設けられていればよい。

また、下側ブレース３０の構造（引張構造）を、架構フレーム１０（制振構造）以外のもの（引張力を負担するもの）に適用してもよい。

＜振動減衰装置について＞
前述の実施形態で振動減衰装置４０は長方形（矩形）であったが正方形でもよい。例えば、架構フレーム１０の構面が正方形の場合、振動減衰装置４０も正方形にすればよい。また、前述の実施形態では、振動減衰装置４０を架構フレーム１０のほぼ中央部に設けているが、当該中央部から水平方向又は上下方向にずらした位置に振動減衰装置４０を設けもよい。例えば、振動減衰装置４０を架構フレーム１０の上側に寄せて配置してもよいし、逆に下側に寄せて配置してもよい。また、振動減衰装置４０を架構フレーム１０の左側に寄せて配置してもよいし、逆に右側に寄せて配置してもよい。特に、前述の実施形態のように、対角線の下側部分を引っ張る場合、振動減衰装置４０を架構フレーム１０の上側に寄せて配置する（上側のブレースを短めにする）ことが望ましい。

また、前述の実施形態では振動減衰装置４０を用いていたが、振動減衰装置４０は設けていなくてもよい。例えば、架構フレーム１０の構面の対向する隅角部（対角線の一方）の間に、下側ブレース３０と同様のブレースを設けてもよい。すなわち、この場合、対向する隅角部が一方側の部材と他方側の部材に相当し、ブレースは、その間で引張力を負担することになる。

＜ダンパーについて＞
前述の実施形態では、ダンパーとしてオイルダンパー４６（粘性ダンパー）を用いていたがこれには限られず他のダンパーを用いてもよい。例えば、摩擦ダンパーやゴムなどの粘弾性ダンパーを用いても良い。また、所定の荷重で座屈する降伏ダンパーを用いてもよい。あるいは、摩擦ダンパー、粘性ダンパー、粘弾性ダンパー、降伏ダンパーのうちの２種類以上のダンパーを組み合わせた複合ダンパーを用いてもよい。

１０ 架構フレーム
１２ 柱
１４ 梁
２０ 上側ブレース
３０ 下側ブレース
３２Ａ 第一平板
３２Ｂ 第二平板
３４Ａ 第一座板
３４Ｂ 第二座板
３６Ａ 第一補強板
３６Ｂ 第二補強板
３７ ボルト
３８ａ ナット
３８ｂ ナット
４０ 振動減衰装置
４１ 左部材
４２ 右部材
４３ 上部材
４３ａ ダンパー保持部
４３ｂ フランジ
４４ 下部材
４４ａ ダンパー保持部
４４ｂ フランジ
４６ オイルダンパー
４６ａ シリンダ部
４６ｂ ピストン軸
５０ 連結ボルト
３４１ ボルト孔
３４２ ボルト孔

Claims (6)

1. 所定方向の一方側の部材と他方側の部材との間で引張力を負担する引張構造であって、
   前記一方側の部材に接合され、前記所定方向に沿って配置された第一平板と、
   前記他方側の部材に接合され、前記所定方向に沿って配置された第二平板と、
   前記第一平板の前記所定方向の他方側の端部に溶接され当該第一平板と直交する第一座板と、
   前記第二平板の前記所定方向の一方側の端部に溶接され当該第二平板と直交し、前記第一座板と対向する第二座板と、
   前記第一座板と前記第二座板を引っ張る引張調整部材と、
   を備え、
   前記引張調整部材は、ボルトと、前記ボルトに螺合するナットとを有し、
   前記ボルトは、前記所定方向の一方側から前記第一座板及び前記第二座板を貫通し、
   前記ナットは、前記第二座板の前記所定方向の一方側の面、及び、他方側の面にそれぞれ設けられている
   ことを特徴とする引張構造。
2. 請求項１に記載の引張構造であって、
   前記第一座板と前記第二座板は前記所定方向に離間しており、
   前記第一座板は、前記ボルトの頭部と、前記第二座板の前記所定方向の一方側の面に設けられた前記ナットとの間で移動可能である
   ことを特徴とする引張構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の引張構造であって、
   前記第一平板は、前記第一座板の中央に配置されており、
   前記第二平板は、前記第二座板の中央に配置されており、
   前記引張調整部材は、前記第一座板及び前記第二座板の各中央を中心として対称に設けられている、
   ことを特徴とする引張構造。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の引張構造であって、
   前記一方側の部材、及び、前記他方側の部材は、左右一対の構造縦材と上下一対の構造横材とに囲まれた構面の対向する隅角部である、
   ことを特徴とする引張構造。
5. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の引張構造であって、
   前記一方側の部材、又は、前記他方側の部材が振動減衰装置である、
   ことを特徴とする引張構造。
6. 請求項５に記載の引張構造を備えたことを特徴とする制振構造。

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