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第2章结构设计计算.doc

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1、第2章结构设计计算21结构方案选择211结构选型1结构体系建筑结构的类型很多，按结构所用材料可分为砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构及木结构等。各类结构都有其一定的适用范围，应根据其材料性能、结构型式、受力特点和建筑使用要求及施工条件等因素合理选择。一般来说，砌体结构主要用于建造多层住宅、办公楼、教学楼以及小型单层工业厂房等，但其抗震性能较差；钢结构多用于建造超高层建筑以及有重型吊车、或大跨度的工业厂房；其它情况均可采用钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构等。框架结构由梁、柱构件刚性连接而成，它既承受竖向荷载，又可承受水平荷载。框架结构体系的

2、优点是：建筑平面布置灵活，能获得较大空间；建筑立面容易处理；结构自重较轻，抗震性能较好；计算理论比较成熟；在一定的高度范围内造价较低。所以框架结构广泛用于内部空间宽阔的办公楼和教学楼等民用建筑，其它结构体系则多用于高层建筑。综上所述，因为本建筑物为中学教学楼，房间开间较大且造价较便宜，故选钢筋混凝土框架结构比较适宜。2.柱网布置民用建筑框架结构的柱网，通常可布置成内廊式、外廊式、等跨式和对称不等跨式几种。（1）内廊式：两侧作为教学办公使用，中间为走道，同时可以取消走道一侧的一排柱子但是缺点在于采光不够充足。（2）外廊式：走道可以位于建筑物的外侧，采光通风较好。（3）等跨式：纵横向柱距均为等跨

3、，便于施工，但缺点在于开间过于统一，不易与房间的布置。（4）对称不等跨式：横向柱距均为等跨，便于施工。内廊式外廊式等跨式对称不等跨式经分析比较，为满足中学教学楼的房间布置要求，并考虑到本教学楼的实际需要与人们走动方便，学生较多等情况，故选用外廊式为合适，柱网布置如图示：图2-1 柱网布置图3竖向承重方案根据楼盖的平面布置及竖向荷载的传递途径，框架结构的承重方案可分为横向承重、纵向承重及纵横向承重三种方案。（1）横向框架承重方案：楼面上的荷载主要有横向框架承担，横向框架的跨数往往较少，主梁沿横向布置有利于提高结构的横向抗侧移刚度，由连系梁和柱形成的纵向框架可以承受纵向的水平荷载，主梁沿横

4、向布置还有利于室内的采光和通风，在民用建筑中较多采用。（2）纵向框架承重方案：楼面上的荷载由纵向梁传给柱子，由于横向连系梁的高度较小，有利于设备管线，但因在横向设置截面高度较小的连系梁，所以其横向刚度较小，多用于工业厂房。（3）双向框架承重方案：当柱网布置为正方形或接近正方形时，或当楼面上有较大荷载时常采用这种承重方案，双向混合框架承重方案具有较好的整体性，为空间受力体系。综上所述，本建筑柱网布置为90007500与90002400，故采用以双向框架承重为主的方案。4施工方法框架结构按施工方法可分为现浇整体式、预制装配式、装配整体式三种。（1）现浇整体式：全部在现场浇筑，现场施工作业量大，工期

5、长，并需要大量的摸板，整体性好，抗震性能好（2）装配整体式框架：是指梁、板、柱为预制，在吊装就位后，先焊接和绑扎节点区钢筋，再通过现浇混凝土形成框架节点并使构件连成整体的框架结构，这种结构具有良好的整体性和抗震性，兼有现浇式和装配式框架的优点，其缺点是现场混凝土的施工较为复杂。（3）预制装配式：构件大小较一致。施工方便，速度快，成本高，整体性差，抗震性差，不宜在地震区应用。本工程抗震设防为7度，要求整体性好，抗震性能好，故宜采用现浇整体式。5其它结构构件选型（1）屋、楼盖选用现浇混凝土结构（2）楼梯选用板式楼梯，由梯段板承受该梯段全部荷载的楼梯，梯段与平台相连，通常的处理是在平台口处设置一平台

6、梁以支撑上下梯段板和平台板。（3）雨蓬采用现浇混凝土结构（4）过梁采用现浇钢筋混凝土结构（5）柱下基础，本工程采用直径600 mm的钢筋混凝土灌注桩，基础采用桩承台基础。212结构布置1平面布置（1）柱网尺寸横向：在确定框架的计算简图时，梁的跨度取柱轴线之间的距离。当上下层柱截面不同时，通常取顶层柱的形心轴线之间的距离。本工程跨度为7.5m。跨度为2.4m。纵向：本工程轴、轴距离为3m，轴为6个9m，轴的厕所为6m。图2-2 柱网尺寸图（2）建筑缝伸缩缝又称温度缝，本工程属框架结构，按规范规定现浇式框架结构设置伸缩缝的最大间距为55米（室内或土中），35米（露天）。本工程总长度为66.00米

7、，但因本工程为现浇墙体，在施工中可采取措施减少混凝土收缩应力，并且从建筑物的整体性考虑不设伸缩缝。沉降缝是为了预防建筑物各部分由于不均匀沉降引起的破坏而设置的变形缝，但因本工程高度无相差，荷载悬殊不大，结构形式无变化，所以不设置沉降缝。建筑的防震缝可按建筑结构的实际需要设置。体型复杂的建筑不设防震缝时，应选用符合实际的结构计算模型，进行较为精度的抗震分析。（3）次梁布置次梁常采用跨度为46米，本工程在厕所处设置横向1道7.5m，纵向1道6.0m次梁。2竖向布置每层柱的高度则取层高，底层的层高是从基础顶面算起到二层梁顶面的距离，其余各层的层高取相邻两层梁底之间的距离。首层：H1=4.10.03-

8、（-1.3）5.37m二四层：H2H3H44.10.03+0.034.1m顶层：H44.1+0.034.13m3计算简图图2-3 计算简图213主要构件截面尺寸确定1横向框架梁跨：h=(1/121/10) 7800=650780，取h=750mm跨：h=(1/121/10) 2400=200240,取h=600mm宽度：b=(1/31/2) 750=250325,b=(1/31/2) 600=200300,同时不宜小于1/2柱宽550，b275，取b=300mm2纵向框架梁高度：h=(1/101/8) 9000=9001125，取h=900mm宽度：b=(1/31/2) 900=300450,

9、取b=300mm3次梁高度：h=(1/121/10) 6000=333500，取h=600mm宽度：b=(1/31/2) 600=200300, 取b=300mm4楼板教室楼板为LMP现浇空心楼板220mm,折算厚度为136mm。厕所楼板厚度：h（1/40）3000=75,楼道楼板厚度：h（1/40）2400=60，统一取h=120mm5框架柱为了抵抗两个方向的水平地震作用，宜采用正方形或接近正方形的矩形柱截面。高度：h=(1/121/8) H=(1/121/8) 5370=448671且不小于400 mm，取h=550mm宽度：b=(1/1.51) h=(1/1.51) 550=367550

10、且不小于350mm, 取b=550mm22材料选择221混凝土表2-1 混凝土强度等级表项目名称楼层构件混凝土标号主体0.00以上1层梁、板、柱C302顶层梁、板、柱C30所有项目圈梁、构造柱、现浇过梁C20与幕墙相连的构造柱、圈梁C30222钢筋柱、梁纵筋采用HRB335板钢筋、柱梁箍筋采用HPB235保护层厚度：柱、梁、板不应小于15 mm223围护结构墙体0以下：水泥砂浆M50以上外墙：加气混凝土砌块墙250厚。内墙：加气混凝土砌块墙200厚。女儿墙：采用C30混凝土现浇圈梁下填充加气混凝土砌块墙结构。23重力荷载计算231局部屋顶结构荷载1屋盖： 3厚SBS改性沥青防水卷材 20.

11、05=0.1 KN/ 20厚1：2.5水泥砂浆找平层 200.02=0.4 KN/1：6水泥焦渣i=1%找坡 140.0795=1.113 KN/ （其中h=） 60厚挤塑聚苯保温板 0.50.06=0.03 KN/ 70厚钢筋混凝土屋面板 250.07=1.75 KN/ 5厚1:1:4水泥石灰沙浆 170. 005=0.085 KN/ 5厚1:0.5:3水泥石灰沙浆 170. 005=0.085 KN/小计：0.1+0.4+1.113+0.03+1.75+0.085+0.085=3.563KN/合计：KN2屋面梁： V=(25lbh+lh2)V1=25（7.5-0.55）0.3(0.75-0

12、.12)+0.6（7.5-0.55）（0.75-0.12）2-（0.20.28）=38.06KNV2=25（7.5-0.55）0.3(0.75-0.12)+0.6（7.5-0.55）（0.75-0.12）-（0.20.28）4=35.33KNV3=25（2.4-0.55）0.3(0.6-0.12) 2+0.6（2.4-0.55）0.3+0.6（2.4-0.55）（0.6-0.12）4=15.78KN根据三角函数算得X1=4.96, X2=5.22, X3=5.47, X4=5.73, X5=5.99, X6=6.24V4=254.960.2(0.4-0.07)+0.64.96(0.33+0.2

13、) 2=11.34 KNV5=255.220.2(0.4-0.07)+0.65.22(0.33+0.2) 2=11.93 KNV6=255.470.2(0.4-0.07)+0.65.47(0.33+0.2) 2=12.50 KNV7=255.730.2(0.4-0.07)+0.65.73(0.33+0.2) 2=13.10 KNV8=255.990.2(0.4-0.07)+0.65.99(0.33+0.2) 2=13.69 KNV9=256.240.2(0.4-0.07)+0.66.24(0.33+0.2) 2=14.26 KNV40=25(3-0.55) 0.20.4+0.6(3-0.55)

14、 (0.2+0.4) 26=39.96 KNV11=25(10.36-0.4) 0.2(0.4-0.07)+0.6(10.36-0.4) (0.2+0.332)=21.57 KNV42=25（2.4-0.275-0.2）0.4（0.9-0.07）=15.98 KNV43=25（4.2-0.275-0.2）0.4（0.9-0.07）=30.92 KN总重V= V1+ V2+ V3+ V4+ V5+ V6+ V7+ V8+ V9+ V10+ V11+ V12+ V13+=280.29KN局部屋顶结构荷载恒载总计：116.403+280.29=396.693KN232五层荷载1屋盖： 3厚SBS改性

15、沥青防水卷材二道 20.05=0.1 KN/ 20厚1：2.5水泥砂浆找平层 200.02=0.4KN/1：6水泥焦渣i=2%找坡 140.129=1.806KN/ （其中h=） 60厚挤塑聚苯保温板 0.50.06=0.03KN/ 120厚钢筋混凝土屋面板 250.12=3 KN/ 136厚LMP现浇空心楼板 250.136=3.4 KN/ 5厚1:1:4水泥石灰沙浆 170. 005=0.085 KN/ 5厚1:0.5:3水泥石灰沙浆 170. 005=0.085 KN/ 小计：教室 0.1+0.4+1.806+0.03+3.4+0.085+0.085=5.906KN/ 厕所、楼梯 0.1

16、+0.4+1.806+0.03+3+0.085+0.085=5.506KN/ 走道 0.1+0.4+1.806+0.03+3+0.45= 5.786KN/ 分计：教室 5.906697.5=2391.93 KN 厕所、楼梯 5.506（37.52）+（7.56）=495.54 KN 走道 5.786662.4=916.50 KN合计：2391.93+495.54+916.50=3803.97 KN 2屋面梁：V=(25lbh+lh2) （1）纵向梁：V1=625（9-0.55）0.25（0.9-0.136）+170.016（9-0.55）（0.9-0.136）=248.68 KNV2=625（

17、9-0.55）0.25（0.9-0.12）+170.016（9-0.55）（0.9-0.12）=253.88 KNV3=625（9-0.55）0.3（0.9-0.136）+170.016（9-0.55）（0.9-0.12）2=310.04 KNV4=425（3-0.55）0.25（0.9-0.12）+170.01（3-0.55）（0.9-0.12）4=49.07 KNV5=225（3-0.55）0.3（0.9-0.12）+170.01（3-0.55）（0.9-0.12）4=29.96 KNV6=225（6-0.55）0.25（0.9-0.12）+170.01（6-0.55）（0.9-0.12）

18、2=54.58 KNV7=25（6-0.55）0.3（0.9-0.12）+170.01（6-0.55）（0.9-0.12）2=33.33 KNV8=25（2.4-0.275-0.2）0.4（0.9-0.07）=15.98 KNV9=25（4.2-0.275-0.2）0.4（0.9-0.07）=30.92 KN 纵向梁总重：V= V1+ V2+ V3+ V4+ V5+ V6+ V7+ V8+ V9=1026.44 KN（2）横向梁：V1= 25（7.5-0.55）0.3（0.75-0.136）+170.01（7.5-0.55）（0.75-0.136）2 5=167.28KNV2= 25（7.5-

19、0.55）0.3（0.75-0.12）+170.01（7.5-0.55）（0.75-0.12）2 =35.74KNV3= 25（7.5-0.55）0.3（0.75-0.12）+170.01（7.5-0.55）（0.75-0.12）-（0.20.28） 2 =68.62KNV4= 25（7.5-0.55）0.3（0.75-0.12）+170.01（7.5-0.55）（0.75-0.12）2-（0.20.28） =34.32KNV5= 25（2.4-0.55）0.3（0.6-0.12）+170.01（2.4-0.55）（0.6-0.12）2 8 =55.7 KNV6 = 25（2.4-0.55）0

20、.3（0.6-0.12）+170.01（2.4-0.55）（0.6-0.12） 2 =13.62KN横向梁总重：V1+ V2+ V3+ V4+ V5+ V6=375.28 KN（3）次梁纵向 V1=25（1.225+0.8+3.025）0.2（0.4-0.12）+170.01（1.225+0.8+3.025）（0.4-0.12）2=7.83KN横向 V1= 25（3.775+3.275）0.2（0.4-0.12）+170.01（3.775+3.275）（0.4-0.12）2=21.08KN 次梁总重 V=V1+V2=28.91KN屋面梁合计： V=1026.44+375.28+28.91=1

21、430.63 KN3女儿墙重：周长=（66+7.5+2.4）2=151.8m （1）压顶混凝土：25（151.8-210.55）0.50.25 =438.28KN（2）砌体混凝土：7（151.8-210.55）0.251.3=319.07KN （3）女儿墙外侧铺面： 0.6（151.8-210.55）1.8=151.47KN 女儿墙合计：438.28+319.07+151.47=908.82 KN4柱重：柱截面面积：S1=0.550.55=0.3025; S2=0.40.4=0.16; S3=0.250.25=0.0625柱高：外伸女儿墙处：H=22.3-16.4+0.03=5.93m，其余

22、柱高：H=4.13m柱重：5墙体表2-2 (5)层门窗表名称个数规格面积C12427002300149.04C251500230017.25C361400360030.24C41120024001.68M1142400100033.6M21240012002.88FM乙11240015007.2 砌体墙重：H=4.1-0.9=3.2m 外墙面装饰：内墙面抹灰：内墙面饰面：门窗自重：合计：1547.43 KN五层恒载总计：3830.97+1430.63+908.82+1372.81+1547.43+396.693=9545.822 KN233四层恒载1屋盖： 12厚1：2水磨石 0.65

23、KN/ 18厚1：3水泥砂浆找平层 200.018=0.36KN/120厚钢筋混凝土屋面板 250.12=3 KN/ 136厚LMP现浇空心楼板 250.136=3.4 KN/ 5厚1:1:4水泥石灰沙浆 200.005=0.1 KN/ 5厚1:0.5:3水泥石灰沙浆 200.005=0.1 KN/ 10厚防滑瓷砖 0.55KN/ 15厚水泥砂浆 200.015=0.3KN/ 50厚细石混凝土 240.05=1.2KN/ 龙骨 0.17KN/ 小计：教室 0.65+0.36+3.4+0.2=4.61 KN/ 厕所 0.55+0.3+1.2+3+1.7=6.75 KN/ 走道 0.65+0.3

24、6+3+0.1+0.255=4.365 KN/ 分计：教室 4.6197.56=1867.05 KN 厕所 6.7567.5=303.75 KN 走道 4.365(2.466+1.8932)=740.92 KN 合计： 1867.05+303.75+740.92=2911.72 KN2屋面梁：（L-柱或梁侧净距，h-至板底）V=(25lbh+lh2) （1）纵向梁：V1=625（9-0.55）0.25（0.9-0.136）+170.016（9-0.55）（0.9-0.136）=248.68 KNV2=625（9-0.55）0.25（0.9-0.12）+170.016（9-0.55）（0.9-

25、0.12）=253.88 KNV3=625（9-0.55）0.3（0.9-0.136）+170.016（9-0.55）（0.9-0.12）2=310.04 KNV4=425（3-0.55）0.25（0.9-0.12）+170.01（3-0.55）（0.9-0.12）4=49.07 KNV5=225（3-0.55）0.3（0.9-0.12）+170.01（3-0.55）（0.9-0.12）4=29.96 KNV6=225（6-0.55）0.25（0.9-0.12）+170.01（6-0.55）（0.9-0.12）2=54.58 KNV7=25（6-0.55）0.3（0.9-0.12）+170.0

26、1（6-0.55）（0.9-0.12）2=33.33 KNV8=25（2.4-0.275-0.2）0.4（0.9-0.07）=15.98 KNV9=25（4.2-0.275-0.2）0.4（0.9-0.07）=30.92 KN 纵向梁总重：V= V1+ V2+ V3+ V4+ V5+ V6+ V7+ V8+ V9=1026.44 KN（2）横向梁：V1= 25（7.5-0.55）0.3（0.75-0.136）+170.01（7.5-0.55）（0.75-0.136）2 5=167.28 KNV2= 25（7.5-0.55）0.3（0.75-0.12）+170.01（7.5-0.55）（0.75

27、-0.12）2 =35.74 KNV3= 25（7.5-0.55）0.3（0.75-0.12）+170.01（7.5-0.55）（0.75-0.12）-（0.20.28）=34.32 KNV4= 25（2.4-0.55）0.3（0.6-0.12）+170.01（2.4-0.55）（0.6-0.12）2 8 =55.7 KNV5= 25（2.4-0.55）0.3（0.6-0.12）+170.01（2.4-0.55）（0.6-0.12） 2 =13.62KNV6= 25（7.5-0.55）0.35（0.75-0.12）2+170.01（7.5-0.55）（0.75-0.12）3 =78.86KN横

28、向梁总重：V1+ V2+ V3+ V4+ V5+ V6=385.52KN（3）次梁纵向V1=25（1.225+0.8+3.025）0.2（0.4-0.12）+170.01（1.225+0.8+3.025）（0.4-0.12）2=7.83 KN横向 V1= 25（3.775+3.275）0.2（0.4-0.12）+170.01（3.775+3.275）（0.4-0.12）=10.54 KN 次梁总重： V=V1+V2=18.37 KN屋面梁合计： V=1026.44+385.52+18.37=1430.33 KN3柱高：H=4.1m柱重：4墙体表2-3 (4)层门窗表名称个数规格面积C12

29、427002300149.04C251500230017.25C361400360030.24C41120024001.68M1142400100033.6M21240012002.88FM乙11240015007.2砌体墙重：H=4.1-0.9=3.2m 外墙面装饰：内墙面抹灰：内墙面饰面：门窗自重：合计：1547.43 KN 5楼梯：楼梯计算厚度为0.22805m 12厚1：2水磨石 0.65 KN/ 18厚1：3水泥砂浆找平层 200.018=0.36KN/ 5厚1:1:4水泥石灰沙浆 200.005=0.1 KN/ 5厚1:0.5:3水泥石灰沙浆 200.005=0.1 KN/

30、228.05混凝土楼板 250.22805=5.7 KN/ 小计：0.65+0.36+0.1+0.1+5.7=6.91 KN/ 合计：6.91（3-0.2）（7.5-1.89）2=217.09KN四层恒载总计：2911.72+1430.33+1035.76+1547.43+217.09=7167.23 KN234三层恒载同上层恒载总计：7167.23 KN235二层恒载同上层恒载总计：7167.23 KN236首层恒载1楼盖（同上层）2911.72 KN2楼面梁重（同上层）：1430.33 KN3柱高：H=4.1+1.3-0.03=5.37m柱重：4楼梯重（同上层）：217.09 KN5

31、墙体表2-4 首层门窗表名称个数规格面积C12427002300149.04C241500230013.8C361400360030.24C41120024001.68M1142400100033.6M21240012002.88M31185024004.44FM乙11240015007.2 砌体墙重：H=5.37-0.9=4.47m 外墙面装饰：内墙面抹灰：内墙面饰面：门窗自重：合计：2193.98 KN首层恒载总计：2998.55+1441.71+1361.96+2193.98+228.69=8139.98 KN24横向水平地震作用计算及弹性变形验算241计算简图及楼层重力荷载代表值计

32、算局部挑檐考虑其荷载和面积较小，不视为质点，其余框架五层视为五个质点。图2-4 计算简图1五层重力荷载代表值：雪荷载：0.4 KN/ 楼梯：2.5 KN/（1）五层自重标准值屋盖重+楼面梁重+女儿墙重+1/2（柱重+墙重）=3830.97+1430.63+908.82+1/2（1373.81+1547.43）=8076.70 KN（2）屋面雪荷载组合值0.5SoS屋=0.50.466（7.5+2.4）+33.165=208.95 KN合计:重力荷载代表值G5=8076.70+208.95=8285.65 KN2四层重力荷载代表值（1）四层自重：楼盖重+楼面梁重+1/2五层（柱重+墙重

33、）+1/2四层(柱重+墙重+楼梯）=3120.94+1463.10+1/2（1035.76+1547.43）+1/2（1572.46+1035.76+217.08）=7275.77KN（2）楼面活载组合值:0.5（q1S1+q2S2）=0.5267.59+2.5(662.4+37.52+67.5)=715.50 KN合计:重力荷载代表值G4=7275.77+715.50=7991.2 KN3三层重力荷载代表值合计:重力荷载代表值G3=7275.77+715.50=7991.2 KN4二层重力荷载代表值合计:重力荷载代表值G2=7275.77+715.50=7991.2 KN5首层重力荷载代表

34、值楼盖重+楼面梁重+1/2（二层柱重+二层墙重+梯重）+1/2（首层柱重+楼梯重+墙重）=3120.94+1463.1+1/2（1547.43+1035.76+217.08）+1/2（1361.96+2193.98+217.08）=7870.69 KN6. Gi=G1+G1+G3+G4+G5=8285.65+7991.2+7991.2+7991.2+7870.69=40129.94KN242框架刚度计算1梁柱线刚度计算表2-5 梁柱线刚度计算表杆件截面（m）惯性矩I（m4）混凝土EC（KN/m2）长度L（m）线刚度h bIo计算IAB跨梁边框架0.750.30.01050.015831077

35、.563.30103中框架0.750.30.01050.021131077.584.40103BC跨梁边框架0.60.30.00540.008131072.4101.25103中框架0.6030.00540.010831072.4135103五层柱0.550.550.00760.007631074.1356.02103二、三、四层柱0.550.550.00760.007631074.155.6103首层柱0.550.550.00760.007631075.3742.461032柱侧移刚度计算表2-6 D值计算表杆件根数五层A轴边框架21.130.36114650中框架81.510.430174

36、50B轴边框架22.940.59524150中框架83.920.66226870C轴边框架21.810.47519280中框架82.410.54622160二四层A轴边框架21.140.36314410中框架81.520.43117107B轴边框架22.960.59723700中框架83.950.66426350C轴边框架21.820.47718930中框架82.430.54821750首层A轴边框架21.490.57010070中框架81.990.62411020B轴边框架23.860.74513160中框架85.170.79113970C轴边框架22.390.65811625中框架83.1

37、80.71012550各层总侧移刚度五层：D=2（146502415019280）8（17450+26870+22160）=648000KN/m四层：D=2（144102370018930）8（17107+26350+21750）=635736 KN/m三层：D=2（144102370018930）8（17107+26350+21750）=635736 KN/m二层：D=2（144102370018930）8（17107+26350+21750）=635736 KN/m首层：D=2（100701316011625）8（11020+13970+12550）=370030 KN/m243框架自振周期计算1侧移计算：假想把集中在各层楼面柱的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构各层楼面处位移。2周期计算表2-7 基本周期T1的计算表层位Gi(KN) (KN/m)Giui(KN.m)(KN.m)58285.656480008285.650.01280.23581953.76460.7047991.2763573616276.920.02560.22301782.05397.4037991.2763573624268.190.03820.19741577.48311.3927991.27635736

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