范文一:建筑坡屋顶(文字稿)
建筑坡屋顶
内容:
一. 建筑坡屋顶概况
建筑坡屋顶是坡度大于等于 10?且小于 75?的建筑屋面。屋顶是建筑最重要的立面之一,它是建筑艺术中耀眼的亮点,中国建筑史对于屋顶的着墨非常浓重,它的式样、构造、材料、施工工艺等等都有很深的时代印记。现代建筑坡屋顶的回归,给我们带来了一个深深思考的课题。
二. 建筑坡屋顶历史
我国幅员辽阔,孕育了光辉灿烂的中华民族文化。建筑 的第五立面坡屋顶有着悠久的渊源和文化历史。在很久以前至二十世纪七、八十年代期间,大多数建筑均为坡屋顶,祖国首都的紫禁城内的皇家建筑都是大面积的坡屋顶(图1),而许多廊、亭、阁、楼也都是坡屋顶,有围合式的,开放式、有四角形、六角形
和八角形的等等.
在商洛,民居中大都是人字形坡屋顶,(附图5)。坡屋顶易维修,投资少,少遮挡,更没有像上世纪的油毡沥青平屋面,对
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环境的污染。且坡屋顶排水畅、通风好,建筑居住时间久,一般都在三、四十年间,仍至到八、九十年和上百年的耐久使用性。商洛烈士陵园牌楼屋面,商州区服务楼、丹江饭店等单位宾馆楼的屋面,都建设年限很长,到日前为止,仍然都完好无缺。(图6)。
三. 建筑坡屋顶现状
近年来,全国各大城市为改变大量平屋顶所带来的建筑形式单调感,纷纷实行平改坡政策,先后建成了一些新形的坡屋顶建筑,造型各异,色彩纷呈,既丰富了建筑的第五立面,又美化了城市景观,令人耳目一新。
四. 建筑坡屋顶好处
1. 有利于防水、排水”。
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2.有利于隔热、保温。
3.可利用更多的面积。
规范规定,板顶下表与楼面的净高低于1.2米时不计算使用面积;净高在1.2米~2.1米时按1/2计算使用面积;坡屋顶内使用面积不得列入标准层使用面积和建筑面积。,在这样的情况下,对用户来说,坡屋顶设计的不光是为了美观,而是为了增加顶层住户的使用面积。过去把紧贴坡屋面下的空间利用起来作成储藏间,或者白白浪费掉应该把这些空间和跃层、复式结构结合设计。通过内部楼梯与下层连接,成为整个家庭空间的一部分,可作为卧室、书房、活动室等,我院设计的丹江新城和江南小区住宅建筑群体,顶层均为跃层和彩色坡屋顶住宅小区,其效果良好。经过计算,多层住宅一般进深在11,l3m左右。坡顶最高处可达3m,坡屋顶净空在1(5m高的活动面积约占顶层住户面积的40,还有20,可作贮存物品的空间,这样,实际可利用面积达60,以上。若适当提高外纵墙高,开设部分采光窗,不但改善了坡面的采光性能,而且提高了的利用质量,实际可利用面积超过60,。(图)当然最大层高等因素应满足规范要求。 4.有利于日照。
计算位置日照评价结果跟计算位置关系很大,顶层屋面有坡度,
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在同样的高度下,有利于日照。
5.有利于选房
户型设计是广大住户最关注的问题,以往在商品住宅销售中,居民在选择楼层时,大部分选中间层次,由于平屋顶层有一些缺陷,如经常漏水、保温等,购买不踊跃。根据《住宅设计规范》规定,从设计方面来看,可结合坡屋顶做一些跃层,结合平台做一些庭院花园,由于斜屋顶窗采光性好,使室内阳光充足,可以免去不必要的人工照明,节省电源。空气流通,通风良好,实现建筑多样化,建设节地、节能。为生活在室内的人们营造了一个良好的生活空间和舒适的环境。很受住户欢迎。
6.有利于城市景观,特别能和山水城市园林相融合。
四.坡屋顶类型
1.按坡型分主要有:单坡式、双坡式、四坡式和折腰式等。以双坡式和四坡式采用较多。双坡屋顶尽端屋面出挑在山墙外的称悬山;山墙与屋面砌平的称硬山。中国传统的四坡顶四角起翘的称庑殿;正脊延长,两侧形成两个山花面的称歇山。 坡屋顶双坡或多坡屋顶的倾斜面相互交接,顶部的水平交线称正脊;斜面相交成为凸角的斜交线称斜脊;斜面相交成为凹角的斜交线称斜天沟。
2.由于建筑风格,除了建筑体形尺度、主体颜色、门窗、线脚等元素外,其中主要由屋顶檐口或坡屋面决定的,所以暂且把建筑
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风格按坡屋顶风格,可分为: 中国传统建筑坡屋顶和近代风格 中国传统建筑坡屋顶:
第一位:重檐庑殿顶。重要的佛殿、皇宫的主殿,象征尊贵。 第二位:重檐歇山顶。常见于宫殿、园林、坛庙式建筑。 第三位:单檐庑殿顶。重要的建筑。
第四位:单檐歇山顶。重要的建筑。
第五位:悬山顶。民居、神橱、神库。
第六位:硬山顶。民居。
第七位:卷棚顶。民间建筑。
无等级:攒尖顶。亭台楼阁。
单檐庑殿顶
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悬山顶
近代风格有十种: 1、地中海建筑风格 2、意大利建筑风格 3、法式建筑风格 4、英式建筑风格 5、德式建筑风格 6、北美建筑风格 7、新古典主义建筑风格
8、新中式建筑风格 9、现代主义建筑风格 10、 综合类建筑风格 1、地中海建筑风格
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闲适、浪漫却不乏宁静是地中海风格建筑所蕴含生活方式的精髓所在,演变成一种豪宅的符号。
长长的廊道,延伸至尽头然后垂直拐弯;半圆形高大的拱门,或数个连接或垂直交接;墙面通过穿凿或半穿凿形成镂空的景致。这是地中海建筑中最常见的三个元素。
地中海风格的建筑舍弃浮华的石材,用红瓦白墙营造出与自然合一的朴实质感。建筑外墙的涂料经过工匠们一层层、一遍遍的粉刷,颜色就渐渐的沉淀下来;岁月愈久,颜色愈白,味道愈浓,体现了一种传统的手艺精神。
地中海风格从建筑的形态上看,经常出现很多不对称的设计,尤其是西班牙风格的建筑,采用了很多圆弧形结构,包括墙体、护栏、门窗框架,乃至屋顶上使用的筒瓦。外立面颜色温润而醇和、材料粗朴而富有质感、建筑中包含众多的回廊、构架和观景平台。
地中海风格在细节的处理上特别细腻精巧,在西班牙建筑中,经常广泛运用螺旋形结构配件,包括阳台、窗间柱子等多用螺旋形铸铁花饰。此外,在地中海建筑中往往采用建筑圆角,让外立面更富动感,并配合以落地大窗和防锈锻铁为装饰的小窗,外墙局部用文化石河特别的涂料;露台上采用弧形栏杆等;而装饰性用的烟囱,则带有传统的英国风味。
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2、意大利建筑风格
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建筑的特征:
炫耀财富。常常大量使用贵重的材料、精细的加工、刻意的装饰,以显示其富有与高贵。
不囿于结构逻辑,常常采用一些非理性组合手法,从而产生反常与惊奇的特殊效果。
充满欢乐的气氛。反对神化,提倡世俗化。
标新立异,追求新奇。这是巴洛克建筑风格最显著的特征。常采用以椭圆形为基础的S形,波浪形的平面和立面,使建筑形象产生动态感;又或者把建筑和雕刻二者混合,以求新奇
3.法式建筑风格
法式建筑往往不求简单的协调,而是崇尚冲突之美,呈现出浪漫典雅风格。
法式建筑风格在中国可以追溯到20世纪初甚至更远。20世纪80年代以来,法式建筑风格随着欧式建筑风格在中国由南而北全面复苏,成为楼市的一大景观。继意大利文艺复兴之后,法国
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的古典主义建筑成了欧洲建筑发展的主流。古典主义建筑造型严谨,普遍应用古典柱式,内部装饰丰富多彩。概括而言,法式建筑线条鲜明,凹凸有致,尤其是外观造型独特,大量采用斜坡面,颜色稳重大气,呈现出一种华贵。
法式建筑讲究点缀在自然中,并不在乎占地面积的大小,追求色彩和内在的联系,让人感到有很大的活动空间。不过,有时也有意呈现建筑与周围环境的冲突。因此,法式建筑往往不求简单的协调,而是崇尚冲突之美。
4.、英式建筑风格
英式建筑空间灵活适用、流动自然,蓝、灰、绿富有艺术的配色处理赋予建筑动态的韵律与美感。
淡绿的草场、深绿的树林、金黄的麦地,点缀着尖顶的教堂
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和红顶的小楼,构成了英国乡村最基本的图案。
英国的建筑大多保持着红砖在外,斜顶在上,屋顶为深灰色。也有墙面涂成白色的,是那种很暗的白或者可以叫做“灰色“。房子一般是由砖、木和钢材等材料构成,很少看见钢筋混凝土的建筑。英国的建筑保暖性或者说隔热性很好,主要是由于房屋建筑的墙式三层的,外面一层是红砖;中间层是隔热层,用的是厚的海绵,或者是带金属隔热层的薄海绵;里面那层是轻质量的灰色砖,比较厚。这样构成的墙体,其隔热性能可想而知。到了冬天,房间只要开暖气,马上就热起来了,房间的保暖性很好。
英式别墅主要建筑结构墙体为混凝土砌块,具有简洁的建筑线条,凝重的建筑色彩和独特的风格,坡屋顶、老虎窗、女儿墙、阳光室等建筑语言和符号的运用,充分诠释着英式建筑所特有的庄重、古朴。双坡陡屋面、深檐口、外露木、构架、砖砌底脚等为英式建筑的主要特征。郁郁葱葱的草坪和花木映衬着色彩鲜艳的红墙、白窗、黑瓦,显得优雅、庄重。建材选用手工打制的红砖、碳烤原木木筋、铁艺栏杆、手工窗饰拼花图案,渗透着自然的气息。
英式建筑空间灵活适用、流动自然,蓝、灰、绿富有艺术的配色处理赋予建筑动态的韵律与美感。
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5.、德国建筑风格
德国现代建筑简朴明快,色彩庄重,重视质量和功能,在现代世界建筑上占有重要地位.
去过德国的人都会有相同的感觉:整个城市建筑整齐、市容美观。市中心一带以楼房为主,鲜有美国式的摩天大楼。古迹名胜,特别是古建筑主要分布在内城。这正是德国特有的建筑风情,表现出高度的规划性、精确性和特有的工业美感。那些随处可见的清晰的转角、相对简洁的造型、精确的比例、功能的强调以及良好
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的施工品质给人的整体感觉是光洁而严谨。不对称的平面、粗重的花岗岩、高坡度的楼顶、厚实的砖石墙、窄小的窗口、半圆形的拱卷、轻盈剔透的飞扶壁、彩色玻璃镶嵌的修长花窗都是德国风情的建筑元素,还有造型柔和、运用曲线曲面、追求动态、喜好华丽的装饰和雕刻的建筑特点主要用于教堂和宫殿建筑。
6.北美建筑风格
在中国发展进行的北美风格,更多体现在别墅这种业态上,北美别墅发展成为既简约大气,又集各种建筑精华于一身的独特风格,充分体现了简洁大方、轻松的特点,居住常常具有人性化。
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北美建筑风格实际上是一种混合风格,不像欧洲建筑风格是一步步逐渐发展演变而来的,它在同一时期接受了许多种成熟的建筑风格,相互之间又有融合和影响,具有注重建筑细节、有古典情怀、外观简洁大方、融合多种风情于一体的鲜明特点。在北美建筑中,既有私密性强的个体居住单位,又有恢弘大气的整体社区气氛。而街区概念的形成,不仅满足了居住的需要,更要满住一个阶层心灵归属、文化认同、邻里回归的需要。
北美建筑的明显特点,是大窗、阁楼、坡屋顶、丰富的色彩和流畅的线条。街区氛围追求悠闲活力、自由开放。美式别墅的建筑体量普遍比英式别墅大;美式别墅多为木结构,体现了乡村感;运用侧山墙、双折线屋顶以及哥特式样的尖顶等比较典型的北美建筑的视觉符号;住宅类建筑个性化和多元化风格成分高。 在中国发展进行的北美风格,更多体现在别墅这种业态上,北美别墅发展为既简约大气,有集各种建筑精华于一身的独特风格,充分体现了简洁大方、轻松的特点,居住非常具有人性化,在别墅市场非常受欢迎。
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7.新古典主义建筑
新古典主义是古典与现代的结合物,它的精华来自古典主义,但不是仿古,更不是复古,而是追求神似.
新古典主义是西方建筑艺术现代变革的产物.它是对18世纪纤巧细腻浮华的洛可可艺术风尚的反动,旨在用古罗马文化来振兴当
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代艺术,推崇高尚质朴的思想和为国献身的英雄主义.比照罗马建筑的经典元素,新古典主义在檐口、栅化、线条等方面可以说都是世界建筑精华的集大成者,因为新古典主义集成的是古典主义及文艺复兴建筑颂扬的人本的美,在建筑比例上严格符合了人体的黄金比例。这是新古典主义至今在世界领域被广为采用、并且不断发展演变的原因。
8.新中式建筑风格
中国传统的建筑主张“天人合一、浑然一体”,居住讲究“静”和“净”,环境的平和和建筑的含蓄。
中国传统的建筑主张“天人合一、浑然一体”,居住讲究“静”
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和“净”,环境的平和建筑的含蓄。无论是写意的江南庭院,还是独立组团的四合院,都追求人与环境的和谐共生:讲究居住环境的稳定、安全和归属感。
新中式建筑在沿袭中国传统建筑精粹的同时,更注重对现代生活价值的精雕细刻。同单纯的仿古建筑不同,新中式建筑着力提高的舒适度,比如在设计中更多考虑私密性,增强采光通风,更有效地提高卫生间、厨房在居室中的地位,更好地使老人、孩子、夫妇间的居室环境合理分割与有机协调等。另外,在庭院、地下室的处理中,也吸纳了更多现代生活流线的创新之笔,如外庭院、下沉庭院、内游廊等,让中式建筑以一种更自然、更现代、更具生命力的品相出现。
9.现代主义建筑
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现代主义建筑,以简洁的造型和线条塑造鲜明的建筑表情。现代主义建筑思潮产生于19世纪后期,成熟于20世纪20年代,在50~60年代风行于全世界。现代主义建筑是20世纪中叶在西方建筑界居主导地位的一种建筑,这种建筑的代表人物主张建筑师摆脱传统建筑形式的束缚,大胆创造适应于工业化社会的条件和要求的崭新的建筑,具有鲜明的理性注意和激进主义色彩,又称现代派建筑。
10.综合类建筑风格
多种不同建筑风格的组团综合在一起,然后再在不同的区域内建造与之相符的园林景观,使得整个社区体现出浓郁的异域风情。在很多楼盘中,其建筑风格不能单纯用某种风格来概括,因为其建筑结构是由独栋别墅,联排别墅,多层、小高层、高层
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电梯公寓,叠加空中花园洋房等多种建筑形态组成的,每一座建筑都洋溢着来自世界各地的建筑风情:西班牙的简洁流畅、北美草原的热烈奔放、英伦不列颠的浪漫典雅,以及后现代中式的唯美大气等。多种不同建筑风格的组团综合在一起,然后再在不同的区域内建造与之相符的园林景观,使得整个社区体现出浓郁的异域风情。
.坡屋顶设计 五
1.承重结构
坡屋顶的支承结构常用的类型有:
山墙承重
房间开间不大的建筑,利用砌成山尖形的承重墙搁置檩条,称为“山墙承重”或“硬山架檩”。各檩等距布置,檩条有木檩、型钢檩和预制钢筋混凝土檩等。檩条的断面尺寸应根据材料、跨度、间距和荷载计算决定,木檩跨度一般不超过4米。檩条上可直接铺放厚15,25毫米的木板,称为“望板”;也可在檩条上先放椽子,再铺望板。
屋架承重
房间开间较大、不能用山墙承重的建筑,须设置屋架以支承檩条。屋架由杆件组成,为平面结构,可用木材、钢筋混凝土、预应力混凝土或钢材制作,也可用两种以上材料组合制作。屋架有三角形、拱形、多边形等,以三角形为多。屋架的间距一般与房屋开间尺寸相同,通常为3,4.5米。
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椽架承重
用密排的人字形椽条制成的支架,支在纵向的承重墙上,上面铺木望板或直接钉挂瓦条。椽架的一般间距为 40,120厘米,椽架的人字形椽条之间须有横向拉杆。
屋面板承重
把钢筋混凝土或其他材料制作的大型屋面板直接放在承重山墙或屋架上。
2.屋面材料
屋面铺材种类很多,选用时应根据支承结构形式、屋顶坡度、建筑外观、耐久性、耐火性、防水性、自重、施工要求、造价等作综合考虑。常用的有:
平瓦屋面:这种屋面用粘土烧制或水泥砂浆制作的模压成凹凸纹型的平瓦。瓦的外形尺寸一般为400×230×15毫米,瓦背有挂钩,可以挂在挂瓦条上。铺放时上下左右均须搭接。这种屋面建造方便,在民用建筑中应用广泛,缺点是瓦的尺寸小,接缝多,容易渗水漏水。
波形瓦屋面
这种屋面常用的有石棉水泥波形瓦、钢丝网水泥波形瓦、彩色玻璃钢波形瓦、镀锌瓦垄铁、铝合金波形瓦以及经过表面着色和防腐处理的木质纤维波形瓦等。波形瓦重量轻,外观和防水性能好,各类波形瓦覆盖方法相近。如石棉水泥波形瓦通常用
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镀锌铁螺钉或铁钩直接钉在或钩在檩条上,檩条间距一般为 900,1200毫米。瓦与瓦之间须上下左右搭盖,左右搭盖方向应顺着主导风向。为防止上下左右四块瓦的拼接处高低不平,常用切角铺法。
其他屋面
此外,还有琉璃瓦、小青瓦、筒板瓦和预制的钢筋混凝土大瓦的屋面等。目前琉璃瓦多用于大型公共建筑如纪念堂等作为屋面或墙檐装饰;小青瓦和筒板瓦多用于民居建筑;钢筋混凝土屋面大瓦有п形板、F形板和钢丝水泥槽瓦等。它们的尺寸大,可直接铺放在屋架或檩条上,不需再另作屋面(见构件自防水屋顶)。
六.构造要求
屋顶的构造必须坚固耐久、防水、防火、保温、隔热、抗腐蚀、自重轻、构造简单、施工方便。
1.保温
寒冷地区采暖建筑的坡屋顶,应考虑保温问题。通常有屋面保温和顶棚保温两种方法。屋面保温是将保温材料置于屋面防水层以下,在屋面下铺设轻质保温板等。顶棚保温有两种作法:一种是在吊顶上铺设轻质保温材料;另一种是利用吊顶材料本身的保温性能。这两种作法在设计中都应注意保温构造的通风、隔潮和防腐、防火等问题。
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2.隔热通风
目的是降低辐射热对室内影响和保护屋顶材料。在有顶棚的坡屋顶内,屋面和顶棚之间的夹层空间的通风口可设在檐口、屋脊或山墙处,也可在屋顶上开设通气的老虎窗。
3.挑檐
檐口是屋顶和墙的交接部位对墙身起保护作用,也是建筑立面中的装饰部分。根据出挑长度,檐口有多种作法:出挑少的可用砖砌挑檐;出挑稍多的可用椽子挑檐,檐头或外露,或钉封檐板;出挑多的可将屋架下弦的托木或压入墙内的挑檐木挑出,设檐檩,加大出檐深度。
坡屋顶
4.排水
坡屋顶上的雨水可沿屋面经屋檐自由泄下;也可在屋檐处设置略带纵坡的水平檐沟,使雨水汇集于有一定间距的垂直雨水管排下。
七.案例图
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范文二:建筑构造-坡屋顶教案1
授课教师:陈秋强 课题名称:坡屋顶 授课班级:建筑××班 授课时间:20××年
授课类型:新授课 课时:1课时(45分钟) 授课使用教材:高等教育出版社《建筑构造》 一、课前部分
教学目的及要求:
教学目标:1、坡屋顶的组成和坡度表示方法。
2、坡屋顶的承重结构系统。 3、坡屋顶的屋面构造。
能力目标:1、掌握坡屋顶的组成和坡度表示方法。 2、会判断坡屋顶的承重结构形式。
3、理解并掌握机制平瓦屋面构造做法。 重点及难点:1、会判断坡屋顶的承重结构形式。
2、理解并掌握机制平瓦坡屋面构造做法。
情感目标:培养学生观察能力,及竞争意识,增强学生的理性认识与理解,并把所学的知识应用到实践中去。
教学策略:本次课主要采取启发探究式教学法和分组竞赛相结合,教师引导学生自主思考,小组互助学习,循序渐进使学生掌握的知识。
教学用具:采用多媒体辅助教学,利用PowerPoint 课件进行讲授。
二、课堂部分——教学过程
这是一节新授课,与前面所学的平屋顶的知识联系比较紧密,因此授课时注意紧紧结合以前知识,充分联系生活实际,让学生从书中走到实际生活中,采用启发式教学引导学生复习巩固旧知识,启迪学生思考,授课时充分利用多媒体辅助教学,采用生动、直观的课件吸引学生注意力,激发学生的学习兴趣,着眼于培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力以及实际应用的能力。考虑到学生接受、理解知识的能力参差不齐,课堂教学时采用小组互助学习的方式,让掌握知识较快的学生帮助掌握知识相对较慢的学生,学生之间互相指导、共同促进,这种学习方式可进一步探讨和推广。
本节所授内容——坡屋顶与生活实际密切相关,只有能够正确快速地判断出坡屋顶的承重结构,并且掌握坡屋顶的屋面构造,才能更好的应用到实际中去。
评省优质课比赛教案
授课教师:孟凡芹 课题名称:坡屋顶
授课班级:09级工业与民用建筑班 授课时间:2010年5月13日 授课使用的教材:《建筑构造》
孙鲁、甘佩兰主编
高等教育出版社
范文三:著名坡屋顶建筑有哪些?
坡屋顶太多了,只盘点一下中国的,排名不分先后:
1、西安大唐西市博物馆,刘克成
2、高黎贡手工造纸博物馆,华黎
3、凹舍,陶磊
4、贾平凹纪念馆,刘克成
5、玉湖小学,李晓东
6、混凝土缝之宅,张雷
7、四川美院虎溪校区图书馆,汤桦
8、海边教堂,董功
9、武夷山竹筏预制厂,华黎
10、朱家角人文艺术馆,山水秀事务所
最后,无论从建筑和场地的关系来看,还是构造的精巧程度来看,我觉得苏州博物馆都没有美秀博物馆做得好。
美秀美术馆的屋顶很轻,体量也拿捏得很好,掩映在山林中,很有灵气。再看苏州博物馆,厚重坚实,闷得不透气。当然,贝老本就以塑造体积感强的建筑见长。
再送一个效果图参考案例,
丹麦癌症中心竞赛方案头奖
范文四:坡屋顶
一.前 言
近几年,钢筋混凝土坡屋顶的应用已经十分广泛,其正确设计方法的研究、 确立非常迫切。 其目标可以是取消或减少屋顶内的梁、 柱, 实现大空间, 让屋顶 板下“整洁干净”。 这除给结构专业本身带来效益外, 还能给建筑专业的设计开 拓新余地,最终让广大用户、房地产开发商受益,其意义深远。
目前常见的实际工程, 设计者在计算的力学模型中, 往往把坡屋顶看成垂直 投影下的平面梁板 , 或把平脊、 斜脊轮廓线当成框架盲目地加梁、 斜柱。 事实上, 对于一般方形平面的房屋, 双坡、 多坡屋顶的受力状态与拱、 壳结构类似。 平脊、 斜脊的横断面都是“人”字型的折板, 无论是否布置梁、 柱, 其脊线的变形形态 根本不同于框架。 上述做法都会使计算结果与真实的结构内力大相径庭。 在施工 过程中,屋脊梁、板斜交处模板形体复杂,多种角度的钢筋交错重叠,安装、浇 注都很困难。这些在工程中也很常见,是典型的画蛇添足。
有学者运用弹性薄壳理论的数学物理方法, 分析折板屋盖的内力、 变形, 揭 示了在底座四周边既无水平外涨、 又无竖向沉降位移情况时的竖直荷载效应规律 [2][3][4],在一定程度上体现了拱、壳的特点。然而,假定这样的边界条件,与一 般工程的实际情况相差甚远, 掩盖了屋檐纵向跨中有沉降, 底边缘承受拉力的根 本特点,所以不能用于一般工程设计。
二.本文方法概述
对于一般常见的跨度, 本方法取消屋脊梁, 基本不加腋。 但在周边屋檐下要 设框架梁或圈梁兼窗过梁。 对于平面为长矩形的多开间、 多柱情况, 在建筑专业 布置有横隔墙的每对中间柱之间在进深方向设置宽度同墙厚, 可藏砌在墙里的拉 梁。 除跨度较小的情况外, 拉梁上方有双坡贴板屋面斜梁。 对于住宅, 如果建筑 专业需要,可争取实现在每户范围内顶棚无梁外露,见图 1。类似桁架理论,本 方法强调利用构件轴向力效应, 但与桁架的区别在于内力分布不仅沿杆单根轴线 而且还沿板平面。一般每块板都具有折板的受力特征,在承受屋面重力、风力、 地震荷载, 造成顺沿板平面的内力分量时, 每块板都相当于有加强翼缘的薄壁梁。 纵向支座之间由拱壳效应产生的板的横推力就是靠薄壁梁的抗弯反力水平分量 平衡的。 在板承受上述荷载的垂直分量时, 每块板就相当于有嵌固边的多边支承 板。本方法的设计要点,就是有意识地建立、完善坡屋顶的拱、折板体系,在屋 檐标高处用尽可能少的水平拉梁平衡斜板的水平推力。 其计算方法可分为手算法 和计算机法 , 本文重点讨论手算法。手算方法取坡屋顶的单坡板作为隔离体,通 过近似地整体分析, 简化确定板的边界条件, 求解顺沿平面、 垂直平面两种荷载 效应, 在直法线假定下对各种内力线性叠加, 检验稳定,综合配筋。 本方法追求 可操作性,用一般工程师相对熟悉的计算步骤解决较复杂的问题。
本文的方法适合于框架结构, 稍加变通也适用于砌体结构或框剪、 剪力墙结 构。 一般拱结构具有良好的抗地震性能, 只要设计得当,坡屋顶也如此。 本文采 用伪静力方法分析地震力效应。
三.坡屋面板作为薄壁梁,对顺沿平面荷载的效应进行分析和设计
首先针对图 1.的横剖面 I-I, 即位于一对长向梯形板 1、 2的等宽度矩形部 分进行分析。 作为近似计算, 假定其顺沿平面荷载沿长向是常数, 这正如四面支 承的矩形平板可以被简化为单向板的情形一样。 我们取沿长向为一单位宽度的窄 条结构作为分析对象,采取了图 2的两铰拱模型。
图 2右支座处的竖连杆代表屋檐梁的支承作用, 而斜连杆则代表板本身的薄 壁梁反力效应, 是虚拟的, 近似等效的 (其作用的真实位置应是分布在斜板内) , 我们在此要求解两个支座反力。 因为工程实物的总压力是通过板 2及屋檐梁传递 到两端柱上的, 所以两杆支反力数值可以分别被看作为板 2承受的顺沿平面荷载 及屋檐梁承受的竖向压力荷载。 下面给出各种工况下板 2右端两种连杆支反力表 达式, 因模型取单位宽, 所以其结果除屋面有集中质量情况外均为线均分布荷载。 它们均由 N 表示,其英文下脚标 s 、 b 分别表示顺沿平面作用于屋顶板、及竖直 作用于屋檐梁, g 、 w 、 e 分别表示重力、风压及水平地震作用, d 、 c 分别表示分 布、集中荷载或作用。公式中 h 表示各板厚度, g 为重力加速度, a 为屋顶处的 水平地震加速度设计值, Wk 表示风压的标准值。 m 加数字下脚标表示各编号斜板 的单位面积的分布质量集度, m 加英文下脚标表示各位置集中物质量。对于两坡 对称的情况,它们的公式可以更简洁。
图 2a 表示承受竖向重力荷载情况,各项对应的公式为 (1)至 (4):
图 2b 表示承受风荷载的情况,各项对应的公式为 (5)、(6):
图 2c 表示承受水平地震作用的情况,各项对应的公式为 (7)至 (10):
当按抗震设计规范要求进行竖向地震力计算时, 其计算公式大体同重力作用 公式 (1)至 (4),只要把重力加速度 g 换成竖向地震加速度 a v 计算即可。上述公 式适用于图 2的右支座,当将两板数据对调时也适用于左支座。
对于多坡屋顶的端部三角板, 作为简化近似计算, 我们假定两种线均分布荷 载仅由本板屋面的几种荷载、 效应产生。 现截取图 1的 II-II 剖面来分析长向梯 形板 2的端部三角区,假定结构大致对称,取结构的一半建立模型,见图 3。因 为与其相连的端部三角形板 3平面内抗侧移刚度很大, 因此假定模型左支点即构 件中央沿左右方向不能移动。 板中央竖向刚度小, 在一般重力荷载大致对称的情 况仅可能发生中点上下移动, 因此模型中间采用上下平行的双连杆连接。 风荷载、 地震作用一般在两坡呈近似反对称, 因此在板模型中央采取不动铰支座, 允许转 动并把侧向力传给板 3的边梁。 板 2三角区下的屋檐梁竖载及板本身顺沿平面荷 载分布均是图 1所示的以 x 为自变量的函数,设 II 剖面位置距端部为 x 0,则图 3中斜坡的水平长度应为 y 0=x0L 2/L3。 式 (11)至 (14)为三角区承受竖向重力情况沿 x 方向任意位置的两种分布荷载值,其中 h 3 应为板 3的竖直剖切厚度。
对于风荷载及地震作用效应, 简图可近似取图 3b、 3c, 用结构力学方法求解, 但过程繁琐且合理程度有限。 与重力荷载效应相比, 风、 地震效应显然是次要的。 加之三角板面积小, 作为近似计算, 如直接采用双坡矩形板的计算结果, 比较方 便且不会明显浪费。 求解端部三角板 3的两种分布荷载, 方法与长向梯形板的三 角区的解法相同,只要将图 1所示的 x 与 y 、 L 2与 L 3互相颠倒即可,实际剖面为 图 1中的 III-III 。
图 4为图 1所示屋顶斜板的直立展开平面图, 及承受组合值荷载 (其作用的 真实位置应是分布在板内而不是集中在上边缘线上) 的简图, 用来分析斜板平面 内力及柱支座反力。 图中斜边恰是斜屋脊, 相当于加强边框, 类似桁架的上弦斜 杆, 与下边缘组合, 能构成暗桁架体系; 而长向梯形板内的矩形部分可以被看成 薄壁梁, 也可以看成桁架。 因此, 我们称屋面板在平面内形成了“薄壁梁 -桁架” 体系, 在混凝土理论里, 梁与桁架之间并没有天然的鸿沟。 对于这样的联合体系, 要准确手算内力、支座反力比较烦琐,也没必要。因为一方面,跨数多、抗弯刚 度大的结构对于支座不均匀沉降十分敏感, 须多留安全储备; 另一方面由于它截 面很高, 通过加大配筋量来提高承载力对成本影响并不大。 具体算法就是:单跨 斜板按简支计算; 多跨连续斜板的弯矩、 剪力、 支反力用可能的上限数值控制办 法取值。 各跨正弯矩按简支计算, 中间支座处两侧剪力、 负弯矩及支反力按在本 支座连续、 两邻端铰支, 左右两跨长均取两跨中最大跨距计算, 边跨边支座剪力 即支反力按本跨简支计算。 这样各位置的各种内力的安全度得到程度不均匀的扩 大,因此在以后步骤中还应适当再调整。
无论是板的三角部分还是矩形部分, 薄壁平面内抗弯的受力筋都可以按弯矩 对板上、 下端距离的合力点取矩的方法计算, 配在屋檐或屋脊。 笔者认为没必要 按受弯构件的最小配筋率来控制配筋量。 三角板的上边框相当于斜支杆, 能整体 抗剪。 在认为其端部可能薄弱时, 可适当补强其下面的屋檐梁配筋。 在薄壁的矩 形部分如果抗剪需配箍筋, 应迭加到板筋 (在后有述) 中, 一般没必要刻意在假 想腹杆位置加强配筋。
四.拉梁与屋檐梁的计算和设计
图 1柱处标注了斜板计算得到的支座反力及它们的水平、 竖直分量, 水平分 量为总反力乘以倾角的余弦。 以柱 A 处为例, RA2中第一个下脚标 A 表示柱编号, 第二个下脚标 2表示本反力由板2产生。它的水平分量 R A 2 H 要靠三角板 3下的 屋檐梁平衡。 中间支座反力的水平分量, 应由进深方向两柱间的水平拉梁来平衡。 这时, 拉梁与上方的斜梁构成了三角形刚结拱架。 因反对称荷载的存在, 作用于 两侧柱的反力水平分量可能不一致, 拉梁拉力应取平均值。 考虑支座可能的不均 匀沉降影响,拉梁的水平设计拉力值应适当宽裕。
屋檐边梁一般承受四重内力:第一为上述水平拉力, 第二是作为斜屋面板的 翼缘在板平面内受弯时它产生的轴力, 第三是作为承受垂直荷载的屋面板的边梁 承受的弯矩、剪力,如板为多面支撑,实际受力就比承受按单向板计算的 N b 荷 载情况小,第四是框架侧移效应内力。应线性叠加,综合配筋。在荷载重、跨度 大、倾角小的场合,应作受拉梁的抗裂验算,适当加大断面,用细钢筋。包括边
梁在内的拉梁钢筋端部应采取两段弯折锚固,尤如“L”字的右下端再加一长为 10d 的弯段 , 弯折 135度角,并把与拉梁相交的柱竖筋兜在弯折阴角内。
本文取图 1的模型作为算例,不计老虎窗,四坡屋面倾角均为 35o ,屋面板 各边长展开尺寸见图 4。 板单位面积质量集度 (包括全部永久荷载) 为 350 kg/m2, 检修活荷载 0.50 kN/m2, 风压标准值迎风面为 0.21 kN/m2, 背风面为 -0.45 kN/m2, 屋顶水平地震加速度设计值为 0.1g 。按规范对承载能力极限进行计算,分别考 虑有、 无地震作用情况的荷载效应基本组合设计值, 本算例经比较采用无地震力 的组合。各位置的计算荷载、内力结果见表1:
五.坡屋面板作为多边支撑板,对垂直屋面的荷载效应进行分析和设计
折板结构具有“板架合一”的特点:一般每对相交的斜板都是互相提供支承 的, 转折线两侧互相刚结的板可绕转折线微小转动并传递、 分配弯矩。 在控制荷 载即重力作用下, 在两坡几何、 荷载大致对称的场合, 对称轴转折处基本不出现 转角, 可近似视为板的嵌固边。 在屋檐处板如果向梁外悬挑出一定距离, 梁内侧 的板也会形成负弯矩。 加之长屋面板在板下的斜梁处与邻跨板连续, 这些都可近 似地作为板的嵌固边处理。 对于水平地震荷载这样的反对称荷载, 平屋脊应按铰 对待, 但它往往不是控制荷载。 板弯矩最后设计值应是各种工况不利组合的线性 迭加, 从横剖面方向看板应按压弯构件配筋。 借鉴、 兼顾混凝土深梁对构造的要 求, 板上皮的负弯矩钢筋应全部或每隔一根整跨拉通, 因为它们同时担任着深梁 的分布腰筋或箍筋。板内垂直于屋檐的底筋、负筋按各自的计算需要量 , 再迭加 箍筋需要量后仍可能上、 下用量不同。 这种情况两侧“箍筋”在檐边无法按“U” 字型底部连通,可分别向上、下弯折成“L”形,折段长可同板厚。
斜板的转折相交节点, 应适当加强。 考虑构造简洁, 建议采用图 5所示的大 样构造, 在阴角不受拉的情况, 不加腋。 为保证全部钢筋的准确安装就位, 可在 图示的加强钢筋处加少量的带支架的菱形箍筋与加强筋先形成定位骨架, 让后装
的两坡板钢筋绑扎其上。 设计者应该用立体几何的方法准确计算菱形箍筋各肢边 长度,给出成型大样施工图。
六.坡屋面开窗、开洞的计算、处理
设图 6中的板开有宽 b , 高 h 0的方洞, 假定总体计算得到洞中心处的顺沿平 面弯矩、剪力分别为 M 、 V ,按空腹桁架计算方法,洞中部可有:
其中 I 1、 I 2、 I 分别表示上、 下板肢的截面惯性矩和双肢截面惯性矩。 而洞 口边缘弯矩为:
在洞口不太大、 靠近总体的中性轴的大多数情况, 按无洞情况设计的配筋在 开洞后仍能满足平面内的受力计算要求。
一般老虎窗窗体突出屋面, 其中一立面有开洞立窗, 在其它立面有混凝土板 封闭。 在分析屋面板垂直板面荷载效应时, 与无窗、 洞的屋面板相比, 窗立板增 加了荷重。 窗体立剖面的折板形态使其较无洞屋面板减小了抗弯刚度, 但洞边与 剖面平行的竖板又局部地增加了抗弯刚度。 在无竖板的立窗下边应有上翻梁, 以 增大求得洞口周边刚度接近。 这样, 可以暂时忽略板刚度的变异, 根据实际荷载、 尺寸、边界条件按实体板计算正、负弯矩,再处理节点。应指出,在板的反弯线 附近是布置屋面斜板洞边的最理想位置, 尤其在开立窗的一面, 因为它垂直方向 的弯矩传递路线被切断。 如果在屋檐梁处屋面板无向外的悬挑部分, 板实际受力 反弯线就靠近屋檐梁, 逆之亦真, 为此应争取建筑师在确定老虎窗位置时适当关 照。 在洞边远离反弯线时, 窗侧壁与屋面板的相交折板就要承受和传递弯矩, 但 与无洞板相比, 其能力总会削弱, 其节点就成了薄弱部位。 为了祢补判断、 计算 的偏差, 两种板均可双面配筋。 当洞口小于反弯线范围时, 应加大周围负筋以保 障板总的承载能力。 为保证板内钢筋准确就位, 也应采取类似图 5那样的定位箍
筋和纵筋构成骨架。 箍内底纵筋应为加强钢筋, 端部伸过洞口拐角应超过一个锚 固长度,以克服洞口四角底边的拉应力集中。
七.屋面斜板的稳定
在我国的 V 形折板结构设计规范 [8]中, 防止两侧翼板发生局部失稳的方法是 限制其宽厚比值, 这个规定来自运用各向同性薄板的屈曲理论的分析。 在研究翼 板外边失稳临界状态时, 翼板的支承条件设定为外边自由、 内边固定, 前、 后两 边铰接, 在板承受弯曲应力的情况, 求解与受压边的临界压应力相对应的宽厚比。 当混凝土等级为 C30时,宽厚比 b/t的理论限值应为 47,对非予应力情况规范 取值为 35。混凝土的弹性模量和其强度等级并不是线性关系,如用高强混凝土 需另行研究。 在实际坡屋盖中, 只有长向连续板的中间支座处外板边才可能受压。 而这里恰恰与贴板屋面斜梁、 水平拉梁浇注在一起, 没有侧翻、 外涨位移的可能。 折板规范限定的跨度为 21m ,而屋顶下的纵向柱间距一般远小于此。与板成为一 体的屋檐梁改变了板的边界条件, 抗失稳作用也很大。 对于其它位置的斜板纵向 受压边缘,也可适当设置扶板边梁,这些都可获得超出规范规定的富余安全度。 考虑到板在平面内还有剪力, 同时垂直方向的荷载造成了出平面效应, 所以对于 稳定安全度的掌握还应谨慎。本文建议斜板厚度不要小于短向跨度的 1/35,这 也正符合一般承压双向板设计经验。 混凝土等级应在 C25至 C35之间, 钢材应为 I 或 II 级。
八.形体复杂的坡屋顶
遇到由更复杂的空间几何板件组合成的坡屋顶时, 要完成从局部到整体, 再 回到局部的归纳、 分析过程。 要把一些相邻但可能是零碎的小板件合并成周边基 本在一个平面上的复合大板, 参与整体的拱、 折板分析, 再利用整体分析结果作 为边界条件来计算它所包含的小板件和它们的相互连接节点。 每块复合大板自身 必须稳定, 有足够的刚度和强度。 在某些不便布置水平拉梁、 或者两坡边柱不对 位的场合, 也可以利用升到屋檐标高、 与其方向垂直的剪力墙, 或者侧刚度足够 的框架柱来平衡屋盖推力。
九.坡屋顶局部结构的计算机计算方法及全结构总体电算
任何具有斜板薄壳单元和杆件单元的有限元结构计算软件, 均可以胜任坡屋 顶的计算。 壳单元的每个节点具有三个膜自由度和三个板自由度, 可以同时分析 板平面内及出平面内力效应。 然而目前某些流行的空间结构有限元电算程序, 虽 然有壳元模型, 但某些不能处理斜板, 某些不能对同时存在的平面内、 外两种应 力状态综合配筋, 都不够完善。 随着建筑构造日趋多样、复杂, 空间斜板问题会 经常遇到。 这类软件应该再扩充其前、 后处理功能, 对壳单元刚度矩阵及荷载向 量进行自由度的方向转换, 进而能分析空间斜板, 针对砼的空间应力状态综合配 筋。 在根本的意义上讲手算方法与有限元方法是相通的, 但结果一粗一细可能相 差较远。只要按照本文概念布置屋顶构件,再使用这样的软件计算,就可快捷、 高精度地实现完成本文目标。
从屋檐到屋脊的标高范围, 整个屋顶层的抗侧移刚度较下层突变, 集中质量 比下层小, 这种情况在整个房屋的整体计算中用一般的框架模型不易模拟。 在高
层结构的地震情况 , 由于高振型反应即鞭梢效应的影响 , 本层地震侧向力可能异 常, 对以下几层也有影响。 因此, 在屋顶局部手算的场合, 在对整体结构进行电 算分析时, 建议屋顶层采用斜杆斜支模型, 以减少对总体结果的失真影响。 如果 采用有空间斜板处理功能的软件, 坡屋顶用壳单元建模, 就可以从上到下一气呵 成。顶部结果可直接用,对总体的失真影响也不复存在。
十.结语
1)与本项研究有关,混凝土斜板、边梁不同方向的内力叠加、配筋,及斜 板稳定、 对开洞的限制等都有待深入研究。 类似的典型问题有高层结构转换层楼 板、 箱型基础中的箱侧面壁板, 它们的研究成果都可以用来借鉴。 对工程实物进 行应变观测是一种重要的研究方法;有限元电算分析将更会因经济实用而流行。 目前社会上现存竣工的坡屋顶, 无论设计者主观采用的是什么样的假定和分析方 法, 配筋是否合理, 只要在总体结构布局的客观现实上形成了空间折板、 拱体系, 它们目前的工作状态都可以用来总结、借鉴。
2)这种结构形式给建筑师对楼顶层利用的设计构思开辟了新天地,并影响 着人们的生活习惯。 它带来的经济、 社会效益会逐渐显露, 但需要建筑、 结构专 业人员密切配合, 需要人们认识和宣传, 甚至需要房地产管理政策等多方面的支 持。 对于结构专业, 本方法难度较大, 某些具体细节目前无规范可依, 需设计者 对知识的综合运用能力。这是结构人遇到的挑战,也正是快乐所在。
参 考 文 献
[1]Francis D.K.Ching A Visual Dictionary of Architecture, International Thomson Publishing Inc. 1997.
[2]江清风:四边简支方形双向折板的内力,土木工程学报, 1987年第 2期。 [3]赖远明、 张肇新:周边简支组合折板屋盖的挠度和内力, 土木工程学报, 1992年 2期。
[4]赖远明:简支平顶四坡折板屋盖的内力和挠度,土木工程学报, 1995(1)。 [5]李开禧、崔佳等:关于雁形截面梁的局部稳定问题,建筑结构, 1996年第 1期。
[6]中国建筑科学研究院 PKPM CAD 工程部:多层及高层建筑结构空间有限元分析 与设计软件 SATWE 用户手册及技术条件。
[7]陈醒辉、林元坤等:V 形折板屋盖设计中的几个计算问题,空间结构论文选 集, 中国土木工程学会桥梁及结构工程学会空间结构委员会编, 科学出版社, 1985 [8]现行建筑结构规范大全(3),中国建筑工业出版社, 2002。
范文五:坡屋顶在住宅建筑中的设计应用探究
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坡屋顶在住宅建筑中的设计应用探究
作者:林金莎
来源:《城市建设理论研究》 2013年第 33期
摘要:当今社会,建筑屋顶设计形式多样,各有特点。坡屋 — --这一古老的房顶形式也焕 发第二次生机,再一次被广泛的应用。坡屋顶设计其中有很强的内在原理,是具有理论支持 的。但是其在当代建筑设计中应用必须讲究原则,才能发挥其更好的作用。本文将结合笔者多 年的从业经验和当代建筑发展形势,对坡屋顶在住宅建筑中的设计应用进行一下探究。
关键词:坡屋顶;住宅;建筑;设计;应用;原则
中图分类号:TU2文献标识码: A
一、前言
近年来,随着我国经济的不断发展,人们的生活水平也得到一定的提高,进而带动住宅产 业的发展,而坡屋 — --这一古老的房顶形式再一次被提及,并被挖掘出更多地新的意义和功 能。从而使坡屋顶不断被应用,逐渐在成为当今住宅建筑屋顶设计中占有一席之地。
二、坡屋顶在住宅建筑中的设计应用原则
1 统一性原则
在当代建筑设计中,任何一座建筑都应该是形式和功能的高度结合。古今中外的建筑中, 无论其在技术上如何先进,或在形式如何独特新奇,但凡优秀的建筑作品,都不外呼遵循了一 个共同的原则 ——— 多样统一。至于比例、尺度、节奏、韵律、均衡、稳定、对比、微差等, 都是多样统一在某一方面的体现。因此,这也是进行住宅坡屋顶设计应用创作的常用思路与指 导原则。
2 内容与形式的统一
从建筑本体的角度来看,住宅建筑是人类的供栖居场所,成功的住宅屋顶设计应在整体上 反映出它的使用功能与性格,并在细部表达出其作用、功能与意义。坡屋顶之所以在我国传统 居住建筑中取得了巨大成功也是如此正如梁思成、林徽夫妇对我国传统坡屋顶评价 “: 历来被视 为极其神秘的中国古建筑屋顶形象,其实只是结构上率直表现的结果,并没有什么超出力学原 则以外的矫揉造作之处,同时在实用及美观上皆异常的成功。这种屋顶全部的曲线及轮廓,上 不为然高崇,檐部如翼轻展,使本来极无趣,极笨拙的实际部分,成为整个建筑物美丽的冠 冕,是别系建筑所没有的特征。 ” 中国传统建筑屋顶正是通过一系列与功能、技术和谐的美化 处理,创造了极富表现力的形象,消除了庞大屋顶的笨大、沉重、压抑的消极效果。
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