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《單層工業(yè)廠房》課程設(shè)計(jì)【沐風(fēng)書苑】

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1、 《單層工業(yè)廠房》課程設(shè)計(jì) 姓 名:     班  級(jí):   學(xué)  號(hào):     一. 結(jié)構(gòu)選型 該廠房是廣州市的一個(gè)高雙跨(18m+18m)的機(jī)械加工車間。車間長90m,柱矩6米,在車間中部,有溫度伸縮逢一道,廠房兩頭設(shè)有山墻。柱高大于8米,故采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。為了使屋架有較大的剛度,選用預(yù)應(yīng)力混凝土折線形屋架及預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板。選用鋼筋混凝土吊車梁及基礎(chǔ)梁。廠房的各構(gòu)選型見表1.1 表1.1主要構(gòu)件選型 由圖1可知柱頂標(biāo)高是10.20米,牛腿的頂面標(biāo)高是6.60米 ,室內(nèi)地面至基礎(chǔ)頂

2、面的距離0.5米,則計(jì)算簡圖中柱的總高度H,下柱高度Hl和上柱的高度Hu分別為: H=10.2m+0.6m=10.8m Hl=6.60m+0.6m=7.2m Hu=10.8m-7.2m=3.6m 根據(jù)柱的高度,吊車起重量及工作級(jí)別等條件,確定柱截面尺寸,見表1.2。 見表1.2 柱截面尺寸及相應(yīng)的參數(shù) 計(jì) 算 參 柱 號(hào) 截面尺寸/mm 面積/mm2 慣性矩/mm4 自重/(KN/m) A,C 上柱 矩400×400 160000 2130000000 4.0 下柱 I400×800×100×150 177500 143870

3、00000 4.43 B 上柱 矩400×400 160000 2130000000 4 下柱 I400×800×100×150 177500 14387000000 4.43 二. 荷載計(jì)算 1.恒載 圖1 求反力: F1=116.92 F2=111.90 屋架重力荷載為59.84,則作用于柱頂?shù)奈萆w結(jié)構(gòu)的重力荷載設(shè)計(jì)值: GA1=1.2×(116.92+59.84/2)=176.81KN GB1=1.2×(111.90×6+59.84/2)=170.18 KN (2)吊車梁及軌道重力荷載設(shè)

4、計(jì)值 GA3=1.2×(27.5+0.8×6)=38.76KN GB3=1.2×(27.5+0.8×6)=38.76KN (3)柱重力荷載的設(shè)計(jì)值 A,C柱 B柱 2.屋面活荷載 屋面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值是0.5KN/m2,作用于柱頂?shù)奈菝婊詈奢d設(shè)計(jì)值: Q1=1.4×0.5×6×18/2=37.8 KN 3,風(fēng)荷載 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按ωk=βzμsμzω0計(jì)算其中ω0=0.5KN/m2, βz=1, μz根據(jù)廠房各部分 及B類地面粗糙度表2.5.1確定。 柱頂(標(biāo)高10.20m)

5、 μz=1.01 櫞口(標(biāo)高12.20m) μz=1.06 屋頂(標(biāo)高13..20m) μz=1.09 μs如圖3所示,由式ωk=βzμsμzω0可得排架的風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值: ωk1=βzμs1μzω0=1.0×0.8×1.01×0.5=0.404 KN/m2 ωk2=βzμs2μzω0=1.0×0.4×1.01×0.5=0.202 KN/m2 圖2 荷載作用位置圖 圖3 風(fēng)荷載體型系數(shù)和排架計(jì)算簡 q1=1.4×0.404×6=3.39KN/m q1=1.4×0.202×6=

6、1.70KN/m Fw=γQ[(μs1+μs2)×μzh1+(μs3+μs4)×μzh2] βzω0B =1.4[(0.8+0.4)×1.01×(12.2-10.2)+(-0.6+0.5)×1.01×(13.2-12.2)] × 1×0.5×6 =10.23KN 4.吊車荷載 吊車的參數(shù):B=5.55米,輪矩K=4.4,pmax=215KN, pmin=25KN,g=38KN。根據(jù)B和K, 可算出出吊車梁支座反力影響線中個(gè)輪壓對(duì)應(yīng)點(diǎn)的豎向坐標(biāo)值,如圖4所示: 圖4 吊車荷載作用下支座反力的影響線 (1) 吊車的豎向荷載 Dmax=γQFpmax∑

7、yi=1.4×115×(1+0.075+0.808+0.267)=346.15KN Dmin=γQFpmin∑yi=1.4×25×(1+0.075+0.808+0.267)=75.25KN (2) 吊車的橫向荷載 T=1/4α(Q+g)=1/4×0.12×(100+38)=4.14KN 吊車橫向荷載設(shè)計(jì)值: ?Tmax=γQT∑yi=1.4×4.14×2.15=12.46KN 三. 排架內(nèi)力分析    1. 恒荷載作用下排架內(nèi)力分析    圖5 恒荷載作用的計(jì)算簡圖 G1=GA1=176.81KN; G2=G3+G4A=38.76+17.28=56.04KN; G3=G5

8、A=38.28KN; G4=2GB1=340.361KN; G5=G3+2G4B=2×38.76+17.28=94.8KN; G6=G5B=38.28KN; M1= G1×e1=171.81×0.05=8.60KN.m; M2=( G1+ G4A)e0- G3e3=(176.81+17.28) ×0.2-38.28×0.35=25.42 C1=×=2.03; C1=×=1.099; RA=C1+C3=(8.60×2.03+25.42×1.099)/10.8=4.20KN(→) RC=-4.20KN(←); RB=0KN; 內(nèi)力圖: 圖6 恒荷載內(nèi)力

9、圖 2. 活荷載作用下排架內(nèi)力分析 (1)AB跨作用屋面活荷載 圖7 AB跨作用活荷載作用簡圖 Q=37.8KN,則在柱頂和變階處的力矩為: M1A=37.8×0.05=1.89KN.m,M2A=37.8×0.25=7.56KN.m,M1B=37.8×0.15=5.67KN.m RA=C1+C3=(1.89×2.03+7.56×1.099)/10.8=1.124KN(→) RB=C1 =5.67×2.03/10.8=1.07KN(→) 則排架柱頂不動(dòng)鉸支座總的反力為: R= RA+ RB=1.124+1.07=2.19KN(→) VA= RA-RηA=1.32

10、-0.33×2.19=0.40KN(→) VB= RB-RηB=1.07-0.33×2.19=0.35KN(→) VC= -RηC=-0.33×2.19=-0.72KN(←) 排架各柱的彎矩圖,軸力圖,柱底剪力如圖8所示: 圖8 AB跨作用屋面活荷載內(nèi)力圖 (2)BC跨作用屋面活荷載 由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱,且BC跨的作用荷載與AB跨的荷載相同,故只需叫圖8的各內(nèi)力圖位置及方向調(diào)一 即可,如圖10所示: 圖9 AB跨作用活荷載作用簡圖 圖10 BC跨作用屋面活荷載內(nèi)力圖 3. 風(fēng)荷載作用下排架內(nèi)力分析 (1) 左吹風(fēng)時(shí) C==0.33 RA=-q

11、1HC11=-3.39×10.8×0.33=-12.08KN(←) RC=-q1HC11=-1.70×10.8×0.33=-6.06KN(←) R= RA+ RC+Fw=12.08+6.06+10.23=28.37KN(←) 各柱的剪力分別為: VA= RA-RηA=-12.08+0.33×28.37=-2..72KN(←) VB= RB-RηB=-6.06+0.33×28.37=3.30KN(→) VC= -RηC=-0.33×-28.37=9.36N(→) 圖11 左風(fēng)內(nèi)力圖 (2) 右風(fēng)吹時(shí) 因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)對(duì)稱,只是內(nèi)力方向相反,,所以右風(fēng)吹時(shí),內(nèi)力圖改變一下符號(hào)就行,如

12、圖12所示; 圖11 左風(fēng)內(nèi)力圖 4. 吊車荷載作用下排架內(nèi)力分析 (1) Dmax作用于A柱 計(jì)算簡圖如圖12所示,其中吊車豎向荷載Dmax,Dmin在牛腿頂面引起的力矩為: MA= Dmax×e3=346.15×0.35=121.15KN.m MB= Dmin×e3=75.25×0.75=56.44KN.m RA=-C3=-121.15×1.099/10.8=-12.33KN(←) RB=C3=-56.44×1.099/10.8=5.74KN(→) R= RA+ RB=-12.33+5.74=-6.59N(←) 各柱的剪力分別為: VA= RA-RηA=-12

13、.33+0.33×6.59=-10.16(←) VB= RB-RηB=5.74+0.33×6.59=7.91KN(→) VC= -RηC=0.33×6.59=2.17N(→) 圖12 Dmax作用在A柱時(shí)排架的內(nèi)力 (2) Dmax作用于B柱左 計(jì)算簡圖如圖12所示,其中吊車豎向荷載Dmax,Dmin在牛腿頂面引起的力矩為: MA= Dmax×e3=75.25×0.35=26.33KN.m MB= Dmin×e3=346.15×0.75=259.61KN.m RA=-C3=-26.33×1.099/10.8=--2.68KN(←) RB=-C3=259.61×1.099/

14、10.8=26.42KN(→) R= RA+ RB=-2.68+26.42=23.74N(→) 各柱的剪力分別為: VA= RA-RηA=-2.68-0.33×23.74=-10.51KN(←) VB= RB-RηB=26.42-0.33×23.74=18.59KN(→) VC= -RηC=-0.33×23.74=-7.83N(←) 圖13 Dmax作用在B柱左時(shí)排架的內(nèi)力 (3) Dmax作用于B柱左 根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱和吊車噸位相等的條件,內(nèi)力計(jì)算與Dma作用于B柱左情況相同,只需將A,C柱內(nèi)力對(duì)換和改變?nèi)繌澗丶凹袅Ψ?hào):如圖14 (4) Dmax作用于C柱 同理,將D

15、max作用于A柱的情況的A,C柱的內(nèi)力對(duì)換,且注意改變符號(hào),可求得各柱的內(nèi)力,如圖15 (5) Tmax作用于AB跨柱 當(dāng)AB跨作用吊車橫向水平荷載時(shí),排架計(jì)算簡圖16-a所示。對(duì)于A柱,n=0.15,λ=0.33,得a=(3.6-0.9)/3.6=0.75.,Tmax=12.46KN C5==0.54 RA=-TmaxC5=-12.46×0.54=-6.73KN(←) RB=-TmaxC5=-12.46×0.54=-6.73KN(←)    圖14 Dmax作用在B柱右時(shí)排架的內(nèi)力 圖15 Dmax作用在C柱時(shí)排架的內(nèi)力 排架柱頂總反力R: R= RA+ RB=?-6

16、.73-6.73=-13.46KN 各柱的簡力: VA= RA-RηA=-6.73+0.33×13.46=-2.29KN(←) VB= RB-RηB=-6.73+0.33×13.46=-2.29KN (←) VC=-RηC=0.33×13.46=4.44N(→) 圖16 Tmax作用在AB跨時(shí)排架的內(nèi)力 (6) Tmax作用于BC跨柱 由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱及吊車的噸位相等,故排架內(nèi)力計(jì)算與“Tmax作用于AB跨柱”的情況相同,只需將A柱與C柱的對(duì)換,如圖17 圖17 Tmax作用BC跨時(shí)排架的內(nèi) 五.柱截面設(shè)計(jì)(中柱) 混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20,fc=9.6N/mm

17、2,ftk=1.54N/mm2.采用HRB335級(jí)鋼筋,fy= fy` 300 N/mm2,ζb=0.55,上下柱采用對(duì)稱配筋. 1. 上柱的配筋計(jì)算 由內(nèi)力組合表可見,上柱截面有四組內(nèi)力,取h0=400-40=360mm,附加彎矩ea=20mm(大于400/30),判斷大小偏心: 從中看出3組內(nèi)力為大偏心,只有一組為小偏心,而且: N=429.KN<ζbαfcb h0=0.550×1×9.6×400×360=760.32KN 所以按這個(gè)內(nèi)力來計(jì)算時(shí)為構(gòu)造配筋.對(duì)三組大偏心的,取偏心矩較大的的一組.即: M=87.119KN.m    N=357.64KN 上柱的計(jì)算長度:

18、L0=2HU=2×3.6=7.2m e0=M/N=243.40mm ei= e0+ ea=263.40mm l0/h=7200/400=18>5.應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)η ζ1==0.5×9.6×160000/357640=2.15>1,取ζ1=1 ζ2=1.15-0.01l0/h=1.15-0.01×7200/400=0.97, l0/h>15,取ζ2=0.97     圖?。保? η=1+ζ1ζ2=1+×1×0.97=1.31 ζ==357640/1×9.6×400×360=0.26 >2αs/h0=2×40/360=0.22 所以x=ζ×h0=0.26×

19、360=93.6 e`=ηei-h/2+αs=1.31×263.40-400/2+40=185.05mm N.e`=fyAs(h0-as)-α1fcbx(x/2-as) As=As`== =715mm 選用3φ18(As=763mm2).驗(yàn)算最小配筋率: ρ=As/bh=763/400×400=0.47%>0.2% 平面外承載力驗(yàn)算: l0=1.5Hu=1.5×3.6=5.4m l0/b=5400/400=13.5,查表得ψ=093,Ac=A-Aa=4002-763×2=158474mm Nu=0.9ψ(fy`As`+ fcAs)=0.9×0.93×(300×763×2

20、+9.6×158474)= 1656.55KN 2. 下柱配筋計(jì)算 取h0=800-40=760mm,與上柱分析辦法相識(shí),選擇兩組最不利內(nèi)力: M=217.96 KN.m M=152.69 KN.m N=810.94 KN N=473.44 KN (1) 按M=217.96 KN.m,N=810.94 KN計(jì)算 L0=1HU=1×7.2=7.2m,附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于20mm),b=100mm,bf`=400mm, hf=150mm e0=M/N=217960/810.94=268.77mm

21、 ei= e0+ ea=295.77mm l0/h=7200/800=9>5而且<15.應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)η,取ζ2=1     ζ1==0.5×9.6×160000/810940=1.05>1,取ζ1=1 圖?。保? η=1+ζ1ζ2=1+×1×1=1.15 ηei=1.15×295.77=340.14>0.3×760=228,所以為大偏心 受壓,應(yīng)重新假定中和軸位于翼緣內(nèi),則 x= =810940/1×9.6×400=211.18>hf=150mm 說明中和軸位于板內(nèi),應(yīng)重新計(jì)算受壓區(qū)的高度: x= ==394.72mm e=ηei+h/2+α

22、s=1.15×295.77 -800/2-40=7005mm As=As`== =272.87mm2 (2) 按M=152.69 KN.m,N=473.44 KN計(jì)算 L0=1HU=1×7.2=7.2m,附加偏心矩ea=800/30=2.7mm(大于20mm),b=100mm,bf`=400mm, hf=150mm e0=M/N=152690/473.44=322.51mm ei= e0+ ea=349.51mm l0/h=7200/800=9>5而且<15.應(yīng)考慮偏心矩增大系數(shù)η,取ζ2=1     ζ1==0.5×9.6×

23、160000/810940=1.05>1,取ζ1=1 圖?。玻? η=1+ζ1ζ2=1+×1×1=1.15 ηei=1.15×295.77=340.14>0.3×760=228,所以為大偏心 受壓,應(yīng)重新假定中和軸位于翼緣內(nèi),則 x= =473440/1×9.6×400=123.29>hf=150mm 說明中和軸位于翼緣內(nèi): e=ηei+h/2-αs=1.15×349.51 -800/2-40=761.93mm As=As`== =139.38mm2 最小配筋βminA=0.2%×177500=355mm2 所以選3φ14(As=461mm2)滿足要求 查附表11

24、.1的無柱間支撐垂直排架方向柱的計(jì)算長度,l0=1Hl=7.2m l0/b=7200/400=18,查表得ψ=0.81,Ac=A-Aa=177500-461×2=176578mm Nu=0.9ψ(fy`As`+ fcAs)=0.9×0.81×(300×461×2+9.6×176578)= 1437.40KN>Nmax 所以滿足彎矩作用平面外的承載力要求 3. 柱裂縫寬度驗(yàn)算 《規(guī)范》中規(guī)定,對(duì)e0/h0>0.55的柱要進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算,本例的上柱出現(xiàn)e0/h0=>0.55,所以應(yīng)該進(jìn)行裂縫驗(yàn)算。驗(yàn)算過程見下表21。其中上柱的As=763mm2;Es=200000N/mm2;構(gòu)件的受力

25、特征系數(shù)acr=2.1,混凝土的保護(hù)層厚度c=25mm,ftk=1.54N/mm2。 4. 柱裂縫寬度驗(yàn)算 非地震區(qū)的單層廠房柱,其箍筋數(shù)量一般由構(gòu)造要求控制。根據(jù)構(gòu)造要求,上下柱均選用φ8@200箍筋。 5. 牛腿設(shè)計(jì) 根據(jù)吊車支承的位置,截面的尺寸及構(gòu)造要求,確定牛腿的尺寸如圖22所示,其中牛腿的截面寬度b=400mm,牛腿截面高度h=1050mm,h0=1015mm. (1) 牛腿腿截面高度驗(yàn)算      表?。玻敝膶挾闰?yàn)算表 圖22 17<0.2,所以滿足要求 Fv≤β(1-0.5Fhk/Fvk)驗(yàn)算 β=0.65,ftk=1.54N/mm2, Fhk

26、=0,a=650-175-250/2=350mm Fvk=Dmax/γQ+G3/γG=346.15/1.4+38.76/1.2 =279.55KN β(1-0.5Fhk/Fvk)= 0.65×=470.08KN> Fvk 所以所選的尺寸滿足要求 (2) 牛腿配筋計(jì)算     縱向受拉鋼筋總截面面積As:     As≥= =550.2mm2 根據(jù)規(guī)定,縱向受拉鋼筋A(yù)s的最小配筋率為0.002bh=0.002×400×1050=840mm2 >550.2 mm2。所以要按840mm2配筋。

27、現(xiàn)在選用5φ16(As=1005mm2) 水平箍筋選用φ8@100的雙肢筋。     牛腿的剪跨比a/h0=370/1050=0.35>0.3,所以應(yīng)該設(shè)置彎起鋼筋     A≥0.5A(chǔ)s=0.5C1005=502.5mm2 ,且A≥0.0015bh=0.0015×400×1015=609 mm2 故選用4φ14(As=615mm2) 6. 牛腿設(shè)計(jì) 采用翻身起吊,吊點(diǎn)設(shè)在牛腿下部,混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后起吊。插入杯口深度為800mm,則柱吊裝時(shí)的總長度為3.6+7.2+0.8=11.6m.。柱吊裝階段的荷載為柱自重重力荷載(應(yīng)考慮動(dòng)力系數(shù))即

28、 q1=μυGq1k=1.5×1.2×4.0=7.2KN/m q2=μυGq1k=1.5×1.2×(0.4×2.1×25)=37.8KN/m q3=μυGq1k=1.5×1.2×4.44=7.99KN/m 圖23 在上述荷載的作用下, 柱的控制截面的彎矩為: M1=0.5 q1Hu2=0.5×7.2×3.62=46.66KN.m M2=0.5 q1Hu2=0.5×7.2×(3.6+1.05)2+0.5×(37.8-7.2)×1.052=94.71KN.m 由∑MB=RAl3-0.5q3l32+M2=0 解得:RA=14.17KN M3=RAx- q3x2

29、 令=RA-q3x=0 得x=1.77m 則下柱段最大彎矩M3為: M3=14.17×1.77-0.5×7.99×1.772=12.55KN.m               表?。玻吹跹b時(shí)柱的寬度驗(yàn)算表 六.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)(B柱下基礎(chǔ))  1.初步確定杯口尺寸及基礎(chǔ)埋深  ?。ǎ保┍诔叽?     圖25 基礎(chǔ)截面尺寸    杯口的深度:柱子的插入深度H1=800mm,所以杯口深度為800+50=850mm 杯口頂部尺寸:寬為400+2×75=550mm,長為800+2×75=950mm 杯口底部尺寸:寬為400

30、+2×50=500mm,長為800+2×50=900mm    杯口厚度:因?yàn)?00

31、荷栽     估算基礎(chǔ)底面積:     A≥=1006.06/(200-20×1.7)=6.06m2 考慮偏心受壓,將基礎(chǔ)的面積增大20%     1.2A=1.2×6.06=7.27m2 G=γGγyDA=1.2×20×1.7×8=326..4KN 表27 基礎(chǔ)底面壓應(yīng)力計(jì)算 取基礎(chǔ)地面長邊與短邊的比為2,則     l=3.8m,b=1.9m,取l=4m,b=2m     校核基礎(chǔ)底面積是否滿足要求:     (1)校核0.5(Pmax+Pmin)≤f 0.5(Pmax+Pmin)=0.

32、5×(198.90+134.22)=166.56KN0 由以上得知,基礎(chǔ)的地面尺寸4×2=8m2,滿足要求 圖28基礎(chǔ)截面尺寸    ?。玻鼗鶅舴戳τ?jì)算:      表29地基凈反力     由表可以看出Nmax最不利。(Pjmax=158.10,Pjmin=93.42) 3.沖剪強(qiáng)度驗(yàn)算     從杯口頂面柱邊開始的45

33、0斜拉裂面與基礎(chǔ)底面交界處(截面1-1)的凈反力Pj1。基礎(chǔ)的有效高度h0=1100-40=1060mm Pj1=93.42+(4-0.64)/4×(158.10-93.42)= 147.75KN 同理按比例算得:     PjⅠ=93.42+(2+0.4)/4×(158.10-93.42)= 132.23KN PjⅠ`=93.42+(2+0.4+0.425)/4×(158.10-93.42)= 139.10KN 因?yàn)閎=2.0m

34、2-h0)b=(4/2-0.8/2-1.06) ×2=1.08m2 A2=(bc+h0)h0-(h0+bc/2-b/2)2=(0.4+1.06) ×1.06-(1.06+0.4/2-2/2)2=1.48 m2 (1)柱邊截面     PjmaxA1=158.10×1.08=17.75KN,查表的βnp=0.98 C15 ft=0.91N/mm2         0.7βnpA2=0.7×0.98×0.91×1480000=923.90KN> PjmaxA1=158.10×1.08=17.75KN 滿足要求    ?。ǎ玻┳冸A截面;

35、算法同上面的一樣,同樣滿足要求。    ?。?配筋驗(yàn)算    ?、瘢窠孛妫?     MI=1/48[(Pjmax+Pj)(2b+bc)+(Pjmax-Pj)b](l-hc)2 =1/48[(158.1+125.76)(2×2+0.4)+ (158.1-125.76) ×2](4-0.8)2 =280.25KN.m AsI= MI/0.9fyh0=280.25/(0.9×210000×1.06)=1398.9mm2 Ⅰ`-Ⅰ`截面:     MI`=1/48[(Pjmax+Pj)(2b+b1)+(Pjmax

36、-Pj)b](l-l1)2 =1/48[(158.1+125.76)(2×2+1.15)+ (158.1-125.76) ×2](4-1.55)2 =190 KN.m AsI`= MI/0.9fyh0=190/(0.9×210000×1.06)=948.4mm2 比較AsI和AsI`,應(yīng)該按AsI來配筋,取10φ16(As=1538) Ⅱ-Ⅱ截面     MⅡ=Pj(b-bc)2(2l+hc)=1/24×125.76(2-0.4)2(2×4+0.8)=118.05KN.m AsⅡ= MⅡ/0.9fyh0=118.05/(0.9×210000×(1.06-0.012))=596mm2 Ⅱ`-Ⅱ`截面 MⅡ`=Pj(b-b1)2(2l+l1)=1/24×125.76(2-1.15)2(2×4+1.55)=36.15KN.m AsⅡ`= MⅡ`/0.9fyh0=36.15/(0.9×210000×(0.71-0.012))=272mm2 按構(gòu)造配筋?。玻郸眨保埃ˋs=1963mm2)滿足要求 23 教學(xué)f

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