抗震支架力學(xué)計算書



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1、 XXXXXXXXXXXXXX項目 抗震支架力學(xué)計算書 編制單位: 編制時間: 目錄 第一部分工程設(shè)計總則 1 1.1工程概況 1 1.2機電抗震設(shè)計依據(jù) 1 1.3機電抗震設(shè)計應(yīng)達(dá)到的要求 2 1.4機電抗震設(shè)計意義 3 1.5機電抗震設(shè)計范圍 4 第二部分抗震支撐施工深化設(shè)計 4 2.1抗震支撐施工深化設(shè)計主要依據(jù) 4 2.2抗震支撐施工深化設(shè)計概述 4 2.3抗震支撐的基本設(shè)計步驟 6 2.4水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計算 6 2.5建筑機電工程設(shè)施或構(gòu)件內(nèi)力組合設(shè)計值S計算 8 2.6管道荷重計算 9 2.7矩形風(fēng)管荷重計算 10
2、 2.8電纜橋架荷重計算 12 2.9抗震支吊架計算舉例 14 2.9.1管道荷載計算示例: 14 2.9.2風(fēng)管荷載計算示例 15 2.9.3組合荷載計算示例 17 2.9.4橋架荷載計算示例 18 第一部分工程設(shè)計總則 1.1工程概況 (1)工程名稱:XXXXXXXXXXXXXX項目 (2)建設(shè)地點:XXXXXXX (3)抗震設(shè)防烈度:8度,設(shè)計基本地震加速度值為0.20g。 抗震設(shè)防烈度和設(shè)計基本地震加速度取值的對應(yīng)關(guān)系,應(yīng)符合表1.1的規(guī)定。設(shè)計基本地震加速為0.15g和0.30g地區(qū)內(nèi)的建筑機電工程,除建筑機電工程抗震設(shè)計規(guī)范另有規(guī)定外,應(yīng)分別按
3、7度和8度的要求進(jìn)行抗震設(shè)計。 表1.1抗震設(shè)防烈度和設(shè)計基本地震加速度值的對應(yīng)關(guān)系 抗震設(shè)防烈度 6 7 8 9 設(shè)計基本地震加速度值 0.05g 0.10(0.15)g 0.20(0.30)g 0.40g 1.2機電抗震設(shè)計依據(jù) 該項目相關(guān)設(shè)計執(zhí)行國家現(xiàn)行(或即將發(fā)行)設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、通用圖集的有關(guān)規(guī)定,主要包括(但不限于)如表1.2所示。 表1.2設(shè)計依據(jù)—設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、通用圖集 序號 文件編號 文件名稱 1 GB50981-2014 建筑機電工程抗震設(shè)計規(guī)范 2 GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計規(guī)范 3 GB50260-2013
4、 電力設(shè)施抗震設(shè)計規(guī)范 4 03S402 室內(nèi)管道支架及吊架 5 IBC2009 抗震工程指導(dǎo)綱要 6 — FMGlobalPropertyLossPreventionDataSheets 7 — NFPA-13StandardfortheInstallationofSprinklerSystems 1.3機電抗震設(shè)計應(yīng)達(dá)到的要求 根據(jù)GB50981-2014《建筑機電工程抗震設(shè)計規(guī)范》的1.0.3條:按本規(guī)范進(jìn)行的建筑機電工程設(shè)施抗震設(shè)計應(yīng)達(dá)到下列要求: 1)當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震時,機電工程設(shè)施一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)運行; 2)當(dāng)遭受
5、相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震時,機電工程設(shè)施可能損壞經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)運行; 3)當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震時,機電工程設(shè)施不至于嚴(yán)重?fù)p壞,危及生命。 1.4機電抗震設(shè)計意義 地震引發(fā)的機電系統(tǒng)災(zāi)害主要體現(xiàn)為: 1)系統(tǒng)損壞導(dǎo)致的直接經(jīng)濟損失; 2)系統(tǒng)損壞引發(fā)的水災(zāi)及火災(zāi); 3)系統(tǒng)損壞引發(fā)的人員傷亡; 4)火災(zāi)引發(fā)的結(jié)構(gòu)主體安全。 我國防震減災(zāi)法及建筑抗震設(shè)計規(guī)范明確條紋要求需對機電系統(tǒng)采取抗震措施,且強制條文必須嚴(yán)格實施。根據(jù)《中華人民共和國建筑法》和《中華人民共和國防震減災(zāi)法》,實行以“預(yù)防為主”的方針,經(jīng)抗震設(shè)防后的建筑消防等機電工程設(shè)施,當(dāng)遭
6、遇到本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震發(fā)生時可以達(dá)到減輕地震破壞,減少次生災(zāi)害,避免人員傷亡,減少經(jīng)濟損失的目的。 采取必要的機電抗震措施可以有效減少機電系統(tǒng)的震害: 1)減少機電系統(tǒng)破壞程度,降低經(jīng)濟損失;2)有效控制水災(zāi)及火災(zāi)的發(fā)生;3)減少人員傷亡幾率;4)保障主體結(jié)構(gòu)安全不受火災(zāi)影響。 唯有提高機電系統(tǒng)自身的抗震性能,才能有效防止地震引發(fā)的次生災(zāi)害,確保地震后機電系統(tǒng)迅速恢復(fù)運轉(zhuǎn)。地震時,加裝抗震措施的管道及設(shè)備相對沒有加裝的可減少5—10倍的位移量,可有效提高系統(tǒng)的抗震性能。綜合根據(jù)GB50981-2014《建筑機電工程抗震設(shè)計規(guī)范》的強制要求及本項目實際需要分析,必須在重點部位機電系統(tǒng)
7、進(jìn)行抗震設(shè)防以符合規(guī)范要求、使用要求及驗收要求。 1.5機電抗震設(shè)計范圍 為了減少和盡可能防止地震時次生災(zāi)害的發(fā)生,同時也本著節(jié)約成本的方針,本方案設(shè)計范圍主要為: 1)所有防排煙風(fēng)道、事故通風(fēng)風(fēng)道; 2)DN65以上的生活給水、消防管道系統(tǒng); 3)矩形截面面積大于等于0.38㎡和圓形直徑大于等于0.7m的風(fēng)管系統(tǒng); 4)對于內(nèi)徑大于等于60mm的電氣配管及重力大于等于150N/m的電纜梯架、電纜槽盒、母線槽。 第二部分抗震支撐施工深化設(shè)計 2.1抗震支撐施工深化設(shè)計主要依據(jù) 1.《建筑機電工程抗震設(shè)計規(guī)范》GB50981-2014 2.《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-
8、2010 3.《FMGlobalPropertyLossPreventionDataSheets》 4.《NFPA-13StandardfortheInstallationofSprinklerSystems》 2.2抗震支撐施工深化設(shè)計概述 1)根據(jù)設(shè)計院提供的管線平面圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行抗震支撐二次深化設(shè)計,根據(jù)項目的基礎(chǔ)信息、設(shè)防要求,輸入基本數(shù)據(jù),采用相應(yīng)的建筑機電抗震深化軟件進(jìn)行設(shè)計計算,可分析得出不同安裝角度和形式的各種力學(xué)信息,準(zhǔn)確判斷不同狀態(tài)下抗震系統(tǒng)的受力情況。 2)深化設(shè)計可計算得出每個節(jié)點的支吊架綜合信息,包括各個節(jié)點的支架信息、荷載計算信息,安裝模型示意圖等,利于后
9、期的核查和驗收。 3)在滿足設(shè)計要求的情況下,抗震深化設(shè)計可最大限度的減少支吊架的數(shù)量,準(zhǔn)確得出每個節(jié)點、每個樓層、每個建筑、每個項目的材料清單,利于最大化的節(jié)約成本和后期的安裝指導(dǎo)。 4)可向客戶提供二次深化設(shè)計后詳細(xì)的施工圖紙、支架布局圖、支架詳圖,以便施工的開展和后期驗收的開展。 5)基于深化設(shè)計,向客戶提供支吊架材料清單、供貨計劃及技術(shù)服務(wù)計劃,以保證施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。 6)風(fēng)管荷載取值依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》(GB50243-2002);水管自重取值標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《低壓流體輸送用焊接鋼管》(GB/T3091-2008);電纜荷載取值依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑
10、電氣工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50303-2002)等。 7)具備專業(yè)的抗震支吊架設(shè)計軟件和專業(yè)的工程師,并具備方案設(shè)計的能力和經(jīng)驗,以保證支吊架的安全性。在施工階段可根據(jù)需要進(jìn)行現(xiàn)場的深化設(shè)計。安裝方式多樣化,可根據(jù)不同情況有不同的合理安裝方式。有專業(yè)的售后技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行現(xiàn)場服務(wù)。 8)在滿足規(guī)范要求的前提下,盡量壓縮抗震支吊架占用空間,以確保機電管線的整體美觀和保證甲方要求。 2.3抗震支撐的基本設(shè)計步驟 步驟一:初步確定抗震支吊架的位置和安裝形式。 步驟二:確定抗震支撐所處位置的抗震設(shè)防要求、建筑類別等,最終確定此處地震作用大小。 步驟三:基于抗震支吊架與結(jié)構(gòu)的連接布置、
11、架桿與垂直方向的夾角、以及計算出的設(shè)計荷載,選擇正確的抗震支吊架安裝形式、尺寸以及最大長度。 步驟四:根據(jù)步驟二的設(shè)計載荷和架桿與垂直方向的夾角,選擇合適的緊固件類型和規(guī)格將抗震支吊架固定在建筑物結(jié)構(gòu)上。 2.4水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的計算 1)水平地震力綜合系數(shù)按下列公式計算: αEK=γηζ1ζ2αmax················(2.4.1) 式中αEK—水平地震力綜合系數(shù); γ—非結(jié)構(gòu)構(gòu)件功能系數(shù)(見表2.1); η—非結(jié)構(gòu)構(gòu)件類別系數(shù)(見表2.1); ζ1—狀態(tài)系數(shù);對支撐點低于質(zhì)心的任何設(shè)備和柔性體系宜取2.0,其余情況可取1.0; ζ2—位置系數(shù),建筑的頂點
12、宜取2.0,底部宜取1.0,沿高度線性分布; αmax—地震影響系數(shù)最大值(見表2.2)。 根據(jù)上述公式計算出水平地震力綜合系數(shù)αEK,當(dāng)計算值小于0.5時,按0.5取值。 表2.1建筑機電設(shè)備構(gòu)件的類別系數(shù)和功能系數(shù) 構(gòu)件、部件所屬系統(tǒng) 類別系數(shù) 功能系數(shù) 甲類建筑 乙類建筑 丙類建筑 消防系統(tǒng)、燃?xì)饧捌渌麣怏w系統(tǒng);應(yīng)急電源的主控系統(tǒng)、發(fā)電機、冷凍機等 1.0 2.0 1.4 1.4 電梯的支承結(jié)構(gòu),導(dǎo)軌、支架,轎箱導(dǎo)向構(gòu)件等 1.0 1.4 1.0 1.0 懸掛式或搖擺式燈具,給排水管道、通風(fēng)空調(diào)管道及電纜橋架 0.9 1.4 1.0 0.6
13、 其他燈具 0.6 1.4 1.0 0.6 柜式設(shè)備支座 0.6 1.4 1.0 0.6 冰箱、冷卻塔支座 1.2 1.4 1.0 1.0 鍋爐、壓力容器支座 1.0 1.4 1.0 1.0 公用天線支座 1.2 1.4 1.0 1.0 表2.2水平地震影響系數(shù)最大值 地震影響 6度 7度 8度 9度 多遇地震 0.04 0.08(0.12) 0.16(0.24) 0.32 罕遇地震 0.28 0.50(0.72) 0.90(1.20) 1.40 2)當(dāng)采用等效測力法時,水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值宜按下式計算: F=
14、γηζ1ζ2αmaxG=αEKG···············(2.4.2) 式中F—沿最不利方向施加于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件重心處的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值; G—非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重力,應(yīng)包括運行時有關(guān)的人員、容器和管道中的介質(zhì)及儲物柜中物品的重力。 2.5建筑機電工程設(shè)施或構(gòu)件內(nèi)力組合設(shè)計值S計算 建筑機電工程設(shè)施的地震作用效應(yīng)(包括自身重力產(chǎn)生的效應(yīng)和支座相對位移產(chǎn)生的效應(yīng))和其他荷載效應(yīng)的基本組合,應(yīng)按下式計算: S=γGSGE+γEhSEhk····················(2.5.1) 式中S—機電工程設(shè)施或構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計值,包括組合的彎矩、軸向力和剪力設(shè)計值; γG—重力荷載
15、分項系數(shù),一般情況應(yīng)采用1.2; γEh—為水平地震作用分項系數(shù),取1.3; SGE—重力荷載代表值的效應(yīng); SEhk—水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。 建筑機電工程設(shè)施構(gòu)件抗震驗算時,摩擦力不得作為抵抗地震作用的抗力;承載力抗震調(diào)整系數(shù),可采用1.0,應(yīng)滿足下式要求: S≤R························(2.5.2) 式中R—構(gòu)件承載力設(shè)計值。 2.6管道荷重計算 鋼管鍍鋅后,單位滿水管道重量見表2.3。 表2.3單位滿水管道重量 公稱口徑 DN 外徑 (mm) 加厚鋼管壁厚(mm) 管重量 (N/米) 水重量 (N/米) 滿水重量 (N
16、/米) 25 33.70 4.0 29.60 5.10 34.7 32 42.40 4.0 38.32 9.11 47.43 40 48.30 4.5 49.00 11.86 60.86 50 60.30 4.5 62.43 20.29 82.72 65 76.10 4.5 80.07 34.59 114.66 80 88.90 5.0 103.88 47.92 151.8 100 114.30 5.0 135.34 83.69 219.03 125 139.70 5.5 182.48 127.40
17、 309.88 150 168.30 6.0 240.79 187.96 428.75 200 219.10 6.5 340.33 326.73 667.06 250 273 7.0 458.11 516.05 974.16 300 325 8.0 622.71 734.53 1357.24 600 630 10.0 1517.91 2862.57 4380.48 700 720 10.0 1738.25 3769.57 5507.82 2.7矩形風(fēng)管荷重計算 風(fēng)管荷重計算公式: P=0.21195(a+b)×δ
18、··················(2.7) 式中P—荷重(N); a—矩形風(fēng)管寬度(mm); b—矩形風(fēng)管高度(mm); δ—風(fēng)管壁厚(mm)。 不同規(guī)格的風(fēng)管管道重量見表2.4。 表2.4風(fēng)管管道重量 底邊寬(m) 寬(mm) 高(mm) 壁厚(mm) 密度(g/cm3) 理論每米質(zhì)量(kg) 每米質(zhì)量(kg) 0.5 500 200 0.75 7.8 8.19 11.06 0.5 500 320 0.75 7.8 9.59 12.95 0.63 630 400 0.75 7.8 12.05 16.27 0.8 80
19、0 320 1 7.8 17.47 23.59 0.8 800 630 1 7.8 22.31 30.12 1 1000 320 1 7.8 20.59 27.80 1 1000 450 1 7.8 22.62 30.54 1 1000 500 1 7.8 23.40 31.59 1 1000 800 1 7.8 28.08 37.91 1 1000 1000 1 7.8 31.20 42.12 1.25 1250 1250 1 7.8 39.00 52.65 1.25 1250
20、500 1 7.8 27.30 36.86 1.25 1250 630 1 7.8 29.33 39.59 1.25 1250 800 1 7.8 31.98 43.17 1.25 1250 1000 1 7.8 35.10 47.39 1.5 1500 500 1.2 7.8 37.44 50.54 1.6 1600 500 1.2 7.8 39.31 53.07 1.6 1600 700 1.2 7.8 43.06 58.13 1.6 1600 800 1.2 7.8 44.93 60
21、.65 1.6 1600 850 1.2 7.8 45.86 61.92 1.6 1600 1000 1.2 7.8 48.67 65.71 1.85 1850 800 1.2 7.8 49.61 66.97 2 2000 500 1.2 7.8 46.80 63.18 2 2000 1000 1.2 7.8 56.16 75.82 2 2000 1250 1.2 7.8 60.84 82.13 2 2000 1400 1.2 7.8 63.65 85.92 2.2 2200 650 1.
22、5 7.8 66.69 90.03 2.5 2500 600 1.5 7.8 72.54 97.93 2.6 2600 650 1.5 7.8 76.05 102.67 2.8電纜橋架荷重計算 P=SdρLɡ+G·····················(2.8) Sd=S·η/K 式中P—電纜橋架重量; S—電纜橋架截面面積; Sd—電纜總截面面積; ρ—電纜的密度; η—填充率(%); L—電纜的長度; g—重量加速度,取9.8N/Kg; K—裕量系數(shù),取1.10~1.25; G—橋架本身的重量。 由上述的公式,即可算得到單位(每
23、米)電纜橋架的重量, 不同規(guī)格電纜橋架的重量見表2.5。 表2.5電纜橋架質(zhì)量 序號 規(guī)格 單位 橋架重量(kg/m) 梯級式 托盤式 槽合式 組合式 1 100×50 m - - 6.00 2.00 2 150×75 m 5.00 6.00 8.00 3.00 3 200×60 m 6.00 7.50 - 3.50 4 200×100 m 7.50 9.00 12.00 - 5 300×60 m 6.50 10.00 - - 6 300×100 m 8.00 11.50 - - 7
24、300×150 m 10.50 13.00 17.00 - 8 400×60 m 9.00 12.50 - - 9 400×100 m 10.50 14.50 - - 10 400×150 m 13.00 17.00 - - 11 400×200 m - - 25.00 - 12 500×60 m 11.00 15.00 - - 13 500×100 m 12.50 17.00 - - 14 500×150 m 14.50 20.00 - - 15 500×200 m - -
25、 30.00 - 16 600×60 m 12.50 18.00 -- - 17 600×100 m 14.00 20.00 - - 18 600×150 m 16.00 23.00 - - 19 600×200 m - - 35.00 - 20 800×100 m 16.00 26.00 - - 21 800×150 m 18.00 29.00 - - 22 800×200 m - - 43.00 - 2.9抗震支吊架計算舉例 2.9.1管道荷載計算示例: 以消防單管為例,管道公稱直徑D
26、N150。該點布置的抗震類型為雙向支架,支架安裝形式如圖1所示。 圖1單管節(jié)點抗震支架設(shè)計形式示意圖 圖中各構(gòu)件的設(shè)計荷載: DN150-168的馬蹄形管夾設(shè)計荷載:9000N M12全牙螺桿設(shè)計荷載N:4750N M12抗震連接件設(shè)計荷載Ft:9000N 單位長度管重Wunit:428.75N/m 側(cè)向管長l1:12m 縱向管長l2:24m 計算該樓層水平地震力綜合系數(shù)αEK(見2.4.1): αEK=γηζ1ζ2αmax=0.224 αEK<0.5 當(dāng)αEK計算值小于0.5時,按0.5取值,故水平地震力綜合系數(shù)為0.5。 側(cè)向荷載=單位長度的管重×側(cè)向管長
27、×數(shù)量×水平地震力綜合系數(shù): F1=Wunitl1naEk=2572.5NS1=γGSGE+γEhSEhk=1.3F1=3344.25N<Ft; 縱向荷載=單位長度的管重×縱向管長×數(shù)量×水平地震力綜合系數(shù): F2=Wunitl2naEk=5145NS2=γGSGE+γEhSEhk=1.3F2=6688.5N<Ft; 由此可知滿足抗震要求。 2.9.2風(fēng)管荷載計算示例 以防排煙風(fēng)管為例,風(fēng)管規(guī)格:1000×1000,風(fēng)管壁厚假設(shè)為1mm,該點布置的抗震類型為雙向支架,支架安裝形式如圖2所示。 圖2風(fēng)管節(jié)點抗震支架設(shè)計形式示意圖 圖中各部件的荷載: M12全牙螺桿設(shè)計荷載N
28、:4750N M12抗震連接件設(shè)計荷載Ft:9000N 側(cè)向管長l1:9m 縱向管長l2:18m 計算該樓層水平地震力綜合系數(shù)αEK(見2.4.1): αEK=γηζ1ζ2αmax=0.448 αEK<0.5 當(dāng)αEK計算值小于0.5時,按0.5取值,故水平地震力綜合系數(shù)為0.5。 風(fēng)管單位長度管重Wunit: Wunit=P=0.21195(1000+1000)×1=423.9N 側(cè)向荷載=單位長度的管重×側(cè)向管長×數(shù)量×水平地震力綜合系數(shù): F1=Wunitl1naEk=1907.55NS1=γGSGE+γEhSEhk=1.3F1=2479.82N<Ft; 縱向荷載
29、=單位長度的管重×縱向管長×數(shù)量×水平地震力綜合系數(shù): F2=Wunitl2naEk=3815.1NS2=γGSGE+γEhSEhk=1.3F2=4959.63N<2Ft; 由此可知滿足抗震要求。 2.9.3組合荷載計算示例 以消防管道二管DN150組合水管為例,該點布置的抗震類型為雙向支架,組合水管支架安裝形式如圖3所示。 圖3組合水管節(jié)點抗震支架設(shè)計形式示意圖 圖中各部件的荷載: M12全牙螺桿設(shè)計荷載N:4750N M12抗震連接件設(shè)計荷載Ft:9000N 單位長度管重Wunit:428.75N/m 側(cè)向管長l1:12m 縱向管長l2:24m 計算該樓層水平地
30、震力綜合系數(shù)αEK(見2.4.1): αEK=γηζ1ζ2αmax=0.448 αEK<0.5 當(dāng)αEK計算值小于0.5時,按0.5取值,故水平地震力綜合系數(shù)為0.5。 側(cè)向荷載=單位長度的管重×側(cè)向管長×數(shù)量×水平地震力綜合系數(shù): F1=Wunitl1naEk=5154NS1=γGSGE+γEhSEhk=1.3F1=6688.5N<Ft; 縱向荷載=單位長度的管重×縱向管長×數(shù)量×水平地震力綜合系數(shù): F2=Wunitl2naEk=10290NS2=γGSGE+γEhSEhk=1.3F2=13377N<2Ft; 由此可知滿足抗震要求。 2.9.4橋架荷載計算示例 以電纜橋
31、架為例,電纜橋架規(guī)格:400×150,該點布置的抗震類型為雙向支架,支架安裝形式如圖4所示。 圖4電纜橋架節(jié)點抗震支架設(shè)計形式示意圖 圖中各部件的荷載: M12全牙螺桿設(shè)計荷載N:4750N M12抗震連接件設(shè)計荷載Ft:9000N 單位長度電纜橋架重量Wunit:166.6N/m 側(cè)向管長l1:12m 縱向管長l2:24m 計算該樓層水平地震力綜合系數(shù)αEK(見2.4.1) αEK=γηζ1ζ2αmax=0.448 αEK<0.5 當(dāng)αEK計算值小于0.5時,按0.5取值,故水平地震力綜合系數(shù)為0.5。 側(cè)向荷載=單位長度的橋架重量×側(cè)向管長×數(shù)量×最大水平加速度為: F1=Wunitl1naEk=999.6NS1=γGSGE+γEhSEhk=1.3F1=1299.4N<Ft; 縱向荷載=單位長度的橋架重量×縱向管長×數(shù)量×最大水平加速度為: F2=Wunitl2naEk=1999.2NS2=γGSGE+γEhSEhk=1.3F2=2598.96N<2Ft; 由此可知滿足抗震要求。 19
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