KR100802515B1 - 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한합성바닥판구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한쌍의 강재빔과 인장저판을 콘크리트와 합성시켜 제작이 용이하면서도 강재의 효율적인 이용이 가능하고 고강성에 의한 처짐의 감소로 구조부재로서 최적화된 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조에 관한 것으로서, 병렬로 이격시켜 배치시킨 한 쌍의 강재빔; 상기 한 쌍의 강재빔의 하부플랜지 사이 및 하부플랜지 저면 전체에 접하여 하부플랜지와 일체화된 인장저판; 및 상기 연속된 인장저판과 한 쌍의 강재빔에 의한 내측 폐쇄공간에 타설, 양생된 콘크리트를 포함하는 충전재;를 포함하는 프리캐스트 합성보의 강재빔 상부에 바닥판 유니트;와 상기 바닥판 유니트에 배근된 상부철근이 매립되도록 타설된 바닥판 콘크리트;를 포함하여 구성된다.

합성보, 데크플레이트

Description

한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조{COMPOSITE FLOOR STRUCTURE USING TWO PRECAST COMPOSITE STEEL BEAMS }

도 1a, 도 1b 및 도 1c는 종래의 샌드위치 합성보들의 예들을 도시한 것이다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보의 예를 도시한 것이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조의 실시예 1을 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조의 실시예 2를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조의 실시예 3을 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:바닥판 유니트(데크플레이트)

200:강재빔 210:강재빔의 하부플랜지

220:강재빔의 웨브 230:강재빔의 상부플랜지

231:요철홈 240:강재빔의 관통홀

250:인장저판 260:충전재(콘크리트)

270:외부정착장치 280:설비용관

300:상부철근 400:바닥판콘크리트

A:하층 설비용 공간

본 발명은 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 한쌍의 강재빔과 인장저판을 콘크리트와 합성시켜 제작이 용이하면서도 강재의 효율적인 이용이 가능하고 고강성에 의한 처짐의 감소로 구조부재로서 최적화된 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조에 관한 것이다.

최근 초고층 건축물의 수요가 계속 증가하고, 특히 벽식 철근콘크리트 라멘조로 시공되던 주거용 아파트도 초고층화를 지향함에 따라 철골조를 채택하고 있는 경우가 많아지고 있어, 철골 구조로 시공되는 건물이 증가되는 추세에 있다.

이러한 철골조 건물은 기존의 콘크리트조 건물에 비하여 공간의 가변성과 구조의 안정성 및 내구성에서 뛰어난 장점을 가지고 있는 반면, 철골조 건물의 바닥판은 도 1a와 같이 철골보(10,강재빔) 상부에 철근(30)이 배근된 바닥판(20)을 얹어서 시공하기 때문에 전체적인 건물의 층고가 증가하여 이에 따라 건물의 자중 증가, 외장 마감재의 증가로 인한 공사비 증대 및 동일한 건물높이에 대한 단위 면적 당 용적률의 감소 등 여러 가지 불리한 점이 존재한다.

나아가 본 발명과 관련하여 단순 건축용 들보와 관련된 샌드위치 합성보(40,대한민국 공개특허 10-2006-24850)가 도 1b 및 도 1c에 소개된 바 있다.

상기 도 1b에 의한 샌드위치 합성보(40)는 병렬로 이격된 측면 형강보(41)과 상기 샌드위치 합성보(40) 사이에 충전된 콘크리트(42)로 구성되어 있으며, 상기 콘크리트(42) 타설을 위하여 H 형강인 측면 형강보(41)의 하부플랜지 상부에 걸쳐져 설치된 하부받침판(43)으로 구성되어 있으며,

상기 도 1e에 의한 샌드위치 합성보(40)는 병렬로 이격된 H 형강인 측면 형강보(41), 상기 샌드위치 합성보(40) 사이에 충전된 콘크리트(42) 및 상기 콘크리트(42) 내측에 매설된 긴장재(44)와 상기 콘크리트(42) 타설을 위하여 H 형강인 측면 형강보(41)의 하부플랜지 상부에 걸쳐져 설치된 하부받침판(43)으로 구성되어 있다.

이때, 상기 하부받침판(43)은 단순히 걸쳐지게 설치되는 것으로서 단순 거푸집용도로서의 기능이 강조되다 보니 샌드위치 합성보(40)의 단면 설계에 있어서 불필요한 비구조부재로 사용될 여지가 커 재료적 낭비요인이 될 수밖에 없다는 문제점이 있었다. 이에 종래 샌드위치 합성보(40)는 그 명칭과 같이 단순히 보 형태로 제작된 것으로서 슬림플로어 공법에 이용함에 있어서 마땅치 않을 수 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목 적은 보다 작은 춤을 가진 강재보를 이용한 합성바닥판이라 하더라도 강성이 증진될 수 있고, 진동 및 처짐이 저감될 수 있도록 구성되어 장 스팬에 있어서도 적극적으로 활용할 수 있는 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 강재빔을 이용한 합성바닥판 구조에 있어서도 하층 설비용 공간(A)도 용이하게 확보할 수 있어 다양한 바닥판의 기능성을 충족시켜 줄 수 있는 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조를 제공하는 것이다.

상기 기술적과제를 달성하기 위한 본 발명은

병렬로 이격시켜 배치시킨 한 쌍의 강재빔(200); 상기 한 쌍의 강재빔(200)의 하부플랜지(210) 사이 및 하부플랜지 저면 전체에 접하여 하부플랜지와 일체화된 인장저판(250); 및 상기 연속된 인장저판과 한 쌍의 강재빔(200)에 의한 내측 폐쇄공간에 타설, 양생된 콘크리트를 포함하는 충전재(260);를 포함하는 프리캐스트 합성보;

상기 강재빔(200)의 상부플랜지(230)에 걸쳐지거나 상기 상부플랜지에 형성된 요철홈(231)에 삽입 설치된 데크를 포함하는 바닥판 유니트(100);와 상기 바닥판 유니트(100)에 배근된 상부철근(300)이 매립되도록 타설된 바닥판 콘크리트(400);를 포함하는 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조를 제공하게 된다.

즉, 전체적인 형상이 역 파이형(π)으로 제작되는 프리캐스트 합성보에 있어 하부플랜지(210)에 인장저판(250)을 용접 등에 의하여 고정시키되 상기 하부플랜지 저면 및 저면사이 모두를 커버할 수 있도록 하여 작용하중에 대한 인장응력을 효과적으로 분담할 수 있도록 하여 합성보의 춤을 낮출 수 있도록 하였고, 나아가 상기 인장저판(250)은 프리캐스트 합성보의 비틀림 및 좌굴에 대하여 효과적으로 저항할 수 있도록 하였다.

또한 프리캐스트 합성보 내부에는 콘크리트와 같은 충전재(260)에 의하여 강재빔(200)이 충전재에 의하여 합성될 수 있도록 하여 진동 등에 보다 효과적으로 저항할 수 있도록 하였고, 장지간의 프리캐스트 합성보 시공을 위하여 상기 충전재 내측에 긴장재(500)가 더 설치되어 프리스트레스가 도입되도록 하였다.

또한 강재빔(200)의 웨브(220)에 추가적으로 관통홀을 형성시켜 하층의 조명, 덕트 등을 위한 하층 설비용 공간(A)으로의 활용도 가능하도록 하였다.

또한 프리캐스트 합성보에 사용되는 강재빔(200)은 I형 단면으로 압연 주조되는 I형 롤빔을 이용하여 제작의 용이성 및 경제성을 확보할 수 있도록 하였다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 프리캐스트 합성보를 도시한 것이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 합성바닥판구조의 실시예 1을 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 합성바닥판구조의 실시예 2를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 합성바닥판구조의 실시예 3을 도시한 것이다.

<프리캐스트 합성보>

프리캐스트 합성보는 도 2a, 도 2b 및 도 5와 같이 한 쌍의 강재빔(200)의 저면에 인장저판(250)이 설치되어 전체적인 형상이 역 파이형(π)으로 제작된다.

먼저, 상기 강재빔(200)은 직접 구입이 가능한 I형 롤빔 그대로를 사용하도록 함으로서 특히 경제적인 슬림플로어 공법에 적용가능 하도록 하며, 도 2a 및 도 2b와 같이하부플랜지(210), 웨브(220) 및 상부플랜지(230)로 구성된다.

상기 강재빔(200)의 웨브(220)에는 도 5와 같이 관통홀(240,웨브유공)이 형성된다. 이러한 관통홀(240)은 I형 롤빔의 길이방향으로 이격되어 연속적으로 형성되도록 한다.

이러한 관통홀(240)의 형상 및 크기는 달리 제한된 것은 아니나 적어도 건물용 설비용 관이 관통될 수 있을 정도의 직경 및 형상을 가지면 된다. 도 2에서는 마름모 형상의 관통홀(240)이 형성될 수 있음을 도시하였으나 마름모 형상 이외의 관통홀(240)이 형성될 수 있을 것이다.

이러한 I형 롤빔은 한 쌍으로 서로 병렬되어 배치되도록 한다. 다음으로는 이러한 I형 롤빔의 저면에 인장저판(250)이 용접되어 설치되도록 하여 전체적으로 역 파이(π)형태의 보(빔)로서 제작될 수 있도록 한다.

이러한 인장저판(250)은 I형 롤빔의 저면 및 저면 사이를 모두 커버할 수 있도록 폭이 넓은 강판으로 제작되어 용접되는데, 이러한 인장저판(250)은 I형 롤빔 의 하부플랜지(210)와 일체화되어 결국 I형 롤빔의 하부플랜지가 두께를 증가시키는 역할을 하게 됨으로서 I형 롤빔의 전체 휨 강성을 증가시키는 중요한 기능을 가질 수 있게 되며 부가적으로 후술되는 충전재(400)인 콘크리트 타설을 위한 저부 거푸집 역할도 하게 된다.

또한 I형 롤빔의 하부와 일체화되기 때문에 전체적으로 역 파이(π)형태로서 박스 형태의 구조물로 기능하기 때문에 휨 강성뿐만 아니라 뒤틀림강성 및 좌굴에 있어서도 상당한 저항능력을 확보할 수 있어 추가적으로 I형 롤빔을 횡방향으로 관통하는 구속연결재가 필요 없게 된다는 장점이 발휘된다.

결국 본 발명의 인장저판(250)은 종래 단순히 H 형강 사이에 콘크리트를 타설하기 위하여 단순 거푸집으로 설치되는 하부받침판과 같은 비구조부재와 달리 구조부재라는 점에서 구별될 수 있음을 알 수 있다.

통상, 작용하중에 의한 빔의 진동 및 피로저항 능력은 빔의 자중이 상대적으로 적은 경우 크게 발생할 여지가 많게 되며, 빔을 강재 단면으로만 설계한다면 경제적인 면에서 다소 비효율적이라는 문제점이 있을 수 있다.

이에 본 발명은 한 쌍의 I형 롤빔 내측에 콘크리트 등과 같은 충전재(400)를 더 충전시켜 I형 롤빔과 합성될 수 있도록 하였다.

위와 같이 관통홀(240)이 폐색되지 않을 정도의 높이로 형성된 경우 즉, 충전재가 I형 롤빔과 인장저판(250)에 의한 폐쇄된 내측공간 하부 일부에만 미리 충전되도록 하면 나머지 상부는 일종의 블록아웃된 빈 공간으로 형성된다.

이러한 빈 공간에는 추후 후술되는 바와 같이 바닥판콘크리트, 설비용관에 의하여 채워지게 된다.

또한 상기 I형 롤빔으로 구성되는 강재빔(200), 인장저판(250) 및 충전재(260)의 합성능력을 증진시키기 위하여 강재빔(200), 인장저판(250)의 내측면에는 스터드 등과 같은 부착보강재를 더 설치함이 바람직하다.

이러한 충전재(260)가 미리 일부 채워져 인장저판(250)에 설치된 한 쌍의 강재빔(200)을 본 발명에서는 프리캐스트 합성보라 한다.

이러한 프리캐스트 합성보는 빔 부재로서 하부가 인장저판(250)에 의하여 보강되어 휨 강성, 비틀림강성 및 좌굴저항능력이 증진되어 있고, 충전재(260)에 의하여 자중을 일정수준 이상으로 확보할 수 있기 때문에 진동 및 피로저항 능력에 있어 매우 유리한 구조부재가 된다.

이때, 보다 장지간의 프리캐스트 합성보로서 작용하기 위하여 PC 강연선과 같은 긴장재(500)를 상기 충전재(260) 내측에 길이방향으로 매설시킨 후, 충전재(260)인 콘크리트가 양생된 이후 긴장 후 프리캐스트 합성보 단부에서 통상의 정착구를 이용하여 정착시킴으로서 프리캐스트 합성보에 추가적인 프리스트레스가 도입되도록 할 수 있다.

나아가 강재빔(200) 외측면에 외부정착장치(270)를 설치하고, 외부정착장치(270)사이에 긴장재(500)를 설치하여 프리스트레스가 더 도입될 수 있도록 할 수 있다.

이러한 긴장재(500)는 시기(시공순서 즉, 프리캐스트 합성보 제작단계, 적치장 적치단계, 설치단계, 설치 후 단계 등을 의미한다.)를 달리하여 긴장 후 정착시 킬 수도 있어 합성바닥판에 소요의 프리스트레스가 도입되도록 할 수 도 있다.

위에서 살펴본 프리캐스트 합성보는 공장에서 제작되어 현장에 반입되어 설치된다. 이에 프리캐스트 방식으로 제작되어 품질관리에 매우 유리하며 시공성이 매우 유리하다는 장점이 있다.

<합성바닥판구조의 실시예 1>

먼저 미도시한 기둥구조물을 소정의 간격을 두고 설치한다. 이러한 기둥구조물은 H 빔을 단독으로 또는 조합된 철골구조물을 이용할 수 있다.

상기 기둥구조물 사이에는 먼저 도 3a 및 도 3b와 같이 본 발명의 프리캐스트 합성보의 양 단부를 미 도시된 기둥구조물에 지지되도록 설치한 후 바닥판 유니트(100)를 설치하게 된다.

먼저, 프리캐스트 합성보는 공장에서 도 2a 및 도 2b와 같이 미리 프리캐스트 방식으로 제작하여 현장에 운반하여 설치될 수 있도록 하며, 현장 또는 공장에서 긴장재(500)를 긴장 및 정착시킴으로서 프리캐스트 합성보에 프리스트레스가 더 도입될 수 있도록 할 수 있다.

이때, 프리캐스트 합성보에 충전된 충전재(260)는 프리캐스트 합성보를 구성하는 I형 롤빔의 관통홀을 폐색하지 않을 정도로 충전된 것을 이용한다.

이러한 프리캐스트 합성보는 양 단부가 강재빔(200)의 단면형태인 U형으로 형성되기 때문에 기둥구조물인 H 형강 각각의 측면에 구조적으로 강결될 수 있도록 하여 본 발명의 프리캐스트 합성보의 설치가 완성될 수 있도록 한다.

이때, 보다 장지간의 역 파이(π)형 합성보로서 작용하기 위하여 PC 강연선 과 같은 긴장재(500)를 상기 충전재(260) 내측에 프리캐스트 합성보의 길이방향으로 매설시킨 후, 충전재(260)로서 콘크리트가 양생된 이후 긴장력을 도입하여 프리캐스트 합성보 단부에서 통상의 정착구를 이용하여 정착시킴으로서 프리캐스트 합성보에 추가적인 프리스트레스가 도입되도록 할 수 있다.

이러한 긴장재(500)는 시기를 달리하여 긴장 후 정착시키되 프리캐스트 합성보를 구성하는 강재빔(200)의 외부 측면에 추가로 설치된 정착장치(270) 사이에 설치된 추가 긴장재(500)에 의한 외부 프리스트레스가 더 도입되도록 할 수도 있다.

위와 같이 설치된 프리캐스트 합성보를 구성하는 바닥판 유니트(100)는 강재빔(200)의 상부플랜지(230)의 상면에 걸쳐지도록 설치된다.

이러한 바닥판 유니트(100)는 도 3의 경우 평판인 하판(110) 및 래티스철근(120)으로 구성된 것을 이용할 수 있으며, 기성제품을 이용할 수 있다.

이러한 바닥판 유니트(100) 상부에는 간격재를 이용하여 상부철근(300)을 배근하도록 하고, 상부철근(300)이 매립되도록 바닥판 유니트(100)에는 바닥판 콘크리트(400)가 타설, 양생된다.

<합성바닥판구조의 실시예 2>

상기 실시예 2는 실시예 1의 변형예로서, 특히 강재빔(200)을 제작할 때, 강재빔(200)의 웨브(220)에 추가로 관통홀(240)을 더 형성시킨 상태의 프리캐스트 합성보를 이용하는 경우로서 도 4를 기준으로 살펴본다.

즉, 상기 관통홀(240)은 설비용관(280)이 관통되어 설치될 수 있도록 하는 역할을 하도록 함으로서, 하층 설비용 공간(A)으로 이용되도록 한 것이다.

예컨대, 강재빔(200)의 바닥판 유니트(100)의 하면 사이의 하층 설비용 공간(A)에 통상적으로 이용되는 지지대를 바닥판유니트 하면에 다수 설치하고, 상기 지지대 하부에 프레임조립체를 설치한 후, 상기 프레임조립체에 천정 마감판을 설치하여 지지대로 인한 하층 설비용 공간(A)에 조명용 또는 전선 등의 설비시스템 또는 공조시스템을 설치함으로서 하층 공간의 효율적 이용이 가능함을 예시한 것이다.

<합성바닥판구조의 실시예 3>

상기 실시예 3에 의한 프리캐스트 합성보는 도 5와 같이 강재빔(200)의 상부플랜지(230)에 길이방향으로 바닥판 유니트(100)용 요철홈(231)이 더 형성됨에 그 기술적 특징이 있다.

즉, 실시예 1과 같이 I형 롤빔을 사용할 수 있는 경우 이외에 바닥판 스팬이 상당히 장지간 일 경우에는 구조적으로 용접에 의한 I형 강재빔을 사용할 수밖에 없는 경우가 있는데, 이러한 I형 강재빔은 그 특성상 상당한 춤을 가지도록 할 수 밖에 없다.

이에, 본 발명에서는 상기 강재빔의 춤(Depth) 증가를 더욱 감소시키기 위하여 I형 강재빔 상부면에 데크플레이트 등과 같은 바닥판 유니트가 삽입 고정될 수 있도록 요철홈(231)을 I형 강재빔(200)의 상부플랜지(230)에 형성되도록 한 것이다.

이러한 요철홈(231)이 형성된 I형 강재빔(200)은 한 쌍으로 서로 병렬되어 배치되며 I형 강재빔(200)의 저면에 인장저판(250)이 용접되어 설치됨은 실시예 1 과 동일하며, 한 쌍의 I형 강재빔(200) 내측에 콘크리트 등과 같은 충전재(260)를 전부 또는 일부만 더 충전시켜 I형 강재빔(200)과 합성될 수 있도록 하는 것도 동일하다.

또한 PC 강연선과 같은 긴장재(500)를 상기 충전재(260) 내측에 프리캐스트 합성보의 길이방향으로 매설시켜 긴장, 정착 시킬 수 있는 것도 역시 실시예 1과 동일하며, 추가적인 외부 정착장치(270)를 이용하여 시기와 수를 달리하여 긴장재(500)를 시공할 수 있을 것이다.

상기 요철홈(231)은 I형 강재빔(200)의 상부플랜지(230)에 바닥판유니트(100)로서 데크의 절골부가 삽입 지지될 수 있도록 일정한 간격으로 이격되어 길이방향으로 연속되어 형성될 수 있도록 함으로서 상기 절곡부가 요철홈(231)에 삽입되는 만큼 전체적으로 바닥판 유니트(100)의 춤이 작게 형성될 수 있도록 한 것이다.

또한 상기 바닥판 유니트(100)는 실시예1과 달리 절곡된 하판으로 구성된 데크를 이용할 수 있으며, 이러한 바닥판 유니트(100)의 춤은 다양하게 변형된 것을 이용할 수 있다.

본 발명의 합성바닥판은 진동 및 피로하중 저항, 휨 강성, 비틀림 강성 및 좌굴에 보다 효과적으로 저항할 수 있도록 하여 경제적인 구조물용 합성보를 제공할 수 있게 되어, 긴장재를 추가로 더 설치하여 보다 장지간의 합성 바닥판 설치가 가능하게 되며, 나아가 춤이 작게 형성될 수 있는 슬림플로어 공법 적용에 있어서 도 충분히 활용될 수 있게 되며,

하층 설비용 공간(A)에 조명용 또는 전선 등의 설비시스템 또는 공조시스템을 설치함으로서 하층 공간의 효율적 이용이 가능하게 된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

Claims (3)

1. 병렬로 이격시켜 배치시킨 한 쌍의 강재빔; 상기 한 쌍의 강재빔의 하부플랜지 사이 및 하부플랜지 저면 전체에 접하여 하부플랜지와 일체화된 인장저판; 및 상기 연속된 인장저판과 한 쌍의 강재빔에 의한 내측 폐쇄공간 일부에 미리 타설, 양생된 콘크리트를 포함하는 충전재;를 포함하는 프리캐스트 합성보; 상기 강재빔의 상부플랜지에 걸쳐지거나 상기 상부플랜지에 형성된 요철홈에 삽입 설치된 데크를 포함하는 바닥판 유니트;와 상기 바닥판 유니트에 배근된 상부철근이 매립되도록 타설된 바닥판 콘크리트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 강재빔의 웨브에는 관통홀이 길이방향으로 다수 이격되어 더 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 프리캐스트 합성보의 충전재 내측 또는 외측에 긴장재가 길이방향으로 추가로 더 배치되어 프리스트레스가 도입되도록 하는 것을 특징으로 하는 한 쌍의 강재빔을 포함하는 프리캐스트 합성보를 이용한 합성바닥판구조.

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