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技術 コンクリート充填鋼管構造

出願人 鹿島建設株式会社
発明者 穐山靖司吉貝滋力武庄之助
出願日 2014年7月15日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2014-144899
公開日 2016年2月4日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2016-020594
状態 特許登録済
技術分野 建築用棒状部材 建築構造一般 基礎
主要キーワード 円形部位 断面正方形状 巻き部分 RCスラブ 空気抜き穴 補強鋼管 形断面梁 許容圧力
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

本発明は、ひび割れを生じさせないと共に鋼管管厚を薄くすることができ、施工にかかる手間を低減させることが可能なコンクリート充填鋼管構造を提供する。

解決手段

本発明のコンクリート充填鋼管構造は、鋼管11の内部にコンクリート12が充填されることによって構成される柱10を備え、柱10の周囲の一部に鉄筋コンクリート30が打設されるコンクリート充填鋼管構造1である。コンクリート充填鋼管構造1では、柱10における鉄筋コンクリート30が打設されている下側の延在部16bの断面形状は円形状となっており、柱10における鉄筋コンクリート30が打設されていない上側の柱15の断面形状は四角形状となっており、断面形状が円形状となっている円形部位Eは、断面形状が四角形状となっている四角形部位Sの下側に位置している。

概要

背景

従来から、鋼管の内部にコンクリート充填されたコンクリート充填鋼管構造が知られている。特許第2977994号公報には、H形断面梁接合されたコンクリート充填鋼管柱が記載されている。このコンクリート充填鋼管柱には、その外周を覆う補強鋼管がH形断面梁の上下位置に設けられており、この補強鋼管とコンクリート充填鋼管柱との間にはモルタルが充填されている。

特開2001−295369号公報には、内部にコンクリートが充填されて鉛直方向に延びる円形鋼管と、水平方向に延びるRCスラブと、が円形鋼管の外周に取り付けられるスラブ接合部材によって接合された接合構造が記載されている。この接合構造を構成する円形鋼管は、RCスラブと接合される部分において、上方に向けて徐々に径が小さくなる絞り部分を有している。

建物地上階及び地下階をコンクリート充填鋼管柱とする構造では、土圧壁や用途(駐車場機械室としてRC壁が入るか否か等)を考慮して、建物の地下階にRC巻き立て工法を施す場合がある。また、鋼管の内部へのコンクリートの充填は、鋼管の下部からのコンクリートの圧入によって行われることがある。この場合、地下階に位置する鋼管の内部へのコンクリートの圧入によってコンクリートを管内で上昇させることにより、地上階に位置する鋼管の内部へのコンクリートの充填を同時に行うことが可能となる。

概要

本発明は、ひび割れを生じさせないと共に鋼管の管厚を薄くすることができ、施工にかかる手間を低減させることが可能なコンクリート充填鋼管構造を提供する。本発明のコンクリート充填鋼管構造は、鋼管11の内部にコンクリート12が充填されることによって構成される柱10を備え、柱10の周囲の一部に鉄筋コンクリート30が打設されるコンクリート充填鋼管構造1である。コンクリート充填鋼管構造1では、柱10における鉄筋コンクリート30が打設されている下側の延在部16bの断面形状は円形状となっており、柱10における鉄筋コンクリート30が打設されていない上側の柱15の断面形状は四角形状となっており、断面形状が円形状となっている円形部位Eは、断面形状が四角形状となっている四角形部位Sの下側に位置している。

目的

本発明は、ひび割れを生じさせないと共に鋼管の管厚を薄くすることができ、施工にかかる手間を低減させることが可能なコンクリート充填鋼管構造を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

鋼管の内部にコンクリート充填されることによって構成される柱を備え、前記柱の周囲の一部に鉄筋コンクリート打設されるコンクリート充填鋼管構造であって、前記柱における前記鉄筋コンクリートが打設された部位の断面形状は円形状となっており、前記柱における前記鉄筋コンクリートが打設されていない部位の断面形状は四角形状となっており、前記断面形状が円形状となっている円形部位は、前記断面形状が四角形状となっている四角形部位の下側に位置している、コンクリート充填鋼管構造。

請求項2

前記円形部位の上端と前記四角形部位の下端とを接続する接続部を備え、前記接続部の断面形状は、前記円形部位の上端から前記四角形部位の下端に向かって徐々に円形から四角形に変化している、請求項1に記載のコンクリート充填鋼管構造。

請求項3

前記円形部位の上端と前記四角形部位の下端とを接続する接続部を備え、前記接続部は、前記柱の外側に水平方向に突出する板状となっている、請求項1に記載のコンクリート充填鋼管構造。

請求項4

前記接続部の下端と前記円形部位の上側とに連結される連結部を更に備える、請求項3に記載のコンクリート充填鋼管構造。

技術分野

0001

本発明は、鋼管の内部にコンクリート充填されるコンクリート充填鋼管構造に関する。

背景技術

0002

従来から、鋼管の内部にコンクリートが充填されたコンクリート充填鋼管構造が知られている。特許第2977994号公報には、H形断面梁接合されたコンクリート充填鋼管柱が記載されている。このコンクリート充填鋼管柱には、その外周を覆う補強鋼管がH形断面梁の上下位置に設けられており、この補強鋼管とコンクリート充填鋼管柱との間にはモルタルが充填されている。

0003

特開2001−295369号公報には、内部にコンクリートが充填されて鉛直方向に延びる円形鋼管と、水平方向に延びるRCスラブと、が円形鋼管の外周に取り付けられるスラブ接合部材によって接合された接合構造が記載されている。この接合構造を構成する円形鋼管は、RCスラブと接合される部分において、上方に向けて徐々に径が小さくなる絞り部分を有している。

0004

建物地上階及び地下階をコンクリート充填鋼管柱とする構造では、土圧壁や用途(駐車場機械室としてRC壁が入るか否か等)を考慮して、建物の地下階にRC巻き立て工法を施す場合がある。また、鋼管の内部へのコンクリートの充填は、鋼管の下部からのコンクリートの圧入によって行われることがある。この場合、地下階に位置する鋼管の内部へのコンクリートの圧入によってコンクリートを管内で上昇させることにより、地上階に位置する鋼管の内部へのコンクリートの充填を同時に行うことが可能となる。

先行技術

0005

特許第2977994号公報
特開2001−295369号公報

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、地下階に位置する鋼管が角形鋼管である場合には、鋼管の下部からのコンクリートの圧入を行ったときに膨らむことがあるので、RC巻き部分ひび割れが生じる問題、又は鋼管の管厚を薄くすることができないという問題が生じる。また、コンクリートの圧入を行ったときに鋼管が膨らまないようにするため、予め許容圧力を計算して圧入を行う場合もある。しかしながら、鋼管が角形鋼管である場合には、許容圧力が小さく、一度の圧入で充填できるコンクリートの量が少ない。よって、鋼管に穴を空けて鋼管の内部にコンクリートを圧入させる作業を何回も行わなければならないので、施工に手間がかかり、工期の長期化及び施工コストの増加といった問題を生じさせることもある。

0007

そこで、本発明は、ひび割れを生じさせないと共に鋼管の管厚を薄くすることができ、施工にかかる手間を低減させることが可能なコンクリート充填鋼管構造を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明のコンクリート充填鋼管構造は、鋼管の内部にコンクリートが充填されることによって構成される柱を備え、柱の周囲の一部に鉄筋コンクリート打設されるコンクリート充填鋼管構造であって、柱における鉄筋コンクリートが打設された部位の断面形状は円形状となっており、柱における鉄筋コンクリートが打設されていない部位の断面形状は四角形状となっており、断面形状が円形状となっている円形部位は、断面形状が四角形状となっている四角形部位の下側に位置している。

0009

本発明のコンクリート充填鋼管構造では、鋼管の内部にコンクリートが充填された柱の周囲の一部に鉄筋コンクリートが打設されている。そして、柱における鉄筋コンクリートが打設された部位の断面形状は円形状となっており、柱における鉄筋コンクリートが打設されていない部位の断面形状は四角形状となっている。よって、鉄筋コンクリートが打設されてRC巻きが施された部位における柱の断面形状が円形状となっているので、この円形部位にコンクリートの圧入を行ったときに、角形鋼管の場合と比較して鋼管を膨らみにくくすることができる。従って、RC巻きが施されたRC巻き部分にひび割れが生じる問題を解消することができると共に、円形部位における鋼管の管厚を薄くすることができる。また、円形部位は、四角形部位よりも側圧に強いので、コンクリートの圧入時における許容圧力を大きくすることができる。従って、鋼管の下側からコンクリートの圧入を行ったときに、一度の圧入で充填できるコンクリートの量を多くすることができるので、コンクリートの圧入作業に関する施工の手間を軽減させることができる。更に、工期を短縮させて施工コストを低減させることも可能となる。

0010

また、円形部位の上端と四角形部位の下端とを接続する接続部を備え、接続部の断面形状は、円形部位の上端から四角形部位の下端に向かって徐々に円形から四角形に変化していてもよい。このような接続部を備えている場合、四角形部位の下端から円形部位の上端に向かってスムーズに荷重を伝達させることができる。従って、円形部位の上端と四角形部位の下端とを接合する接合部分における補強部材別途用意する必要がないという効果も得られる。

0011

また、円形部位の上端と四角形部位の下端とを接続する接続部を備え、接続部は、柱の外側に水平方向に突出する板状となっていてもよい。このような板状の接続部を備えている場合、四角形部位の下端から円形部位の上端に伝達される荷重を接続部で分散させることができる。従って、接続部によって四角形部位の下端と円形部位の上端との補強を行うことが可能となる。

0012

また、接続部の下端と円形部位の上側とに連結される連結部を更に備えてもよい。上述した板状の接続部に加えて、接続部の下端と円形部位の上側とに連結される連結部を備えることにより、この連結部を介して、四角形部位の下端からの荷重をよりスムーズに円形部位に伝達させることができる。従って、四角形部位の下端と円形部位の上端との補強を一層強固にすることができる。

発明の効果

0013

本発明によれば、ひび割れを生じさせないと共に鋼管の管厚を薄くすることができ、施工にかかる手間を低減させることが可能なコンクリート充填鋼管構造を提供することができる。

図面の簡単な説明

0014

第1実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造を示す側面図である。
(a)は図1のA−A線断面図を示し、(b)は図1のB−B線断面図を示す。
(a)は断面形状が円形状となっている鋼管に内圧がかかった状態を示す断面図であり、(b)は断面形状が四角形状となっている鋼管に内圧がかかった状態を示す断面図である。
第2実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造を示す側面図である。
(a)は図4のC−C線断面図を示し、(b)は図4のD−D線断面図を示す。
第3実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造を示す側面図である。
(a)は図6のE−E線断面図を示し、(b)は図6のF−F線断面図を示す。

実施例

0015

以下、図面を参照しつつ、本発明に係るコンクリート充填鋼管構造の実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

0016

(第1実施形態)
図1及び図2に示されるように、第1実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造1は、鋼管11にコンクリート12が充填された柱10と、柱10と接合される梁20と、柱10及び梁20の周囲に打設される鉄筋コンクリート(RC)30と、を備えている。コンクリート充填鋼管構造1は、鋼管11とコンクリート12とが組み合わされた複合構造であり、シンプルな構成が特徴で、強度、剛性及び変形性能等の点で優れた構造となっている。

0017

柱10は、梁20が接合される梁接合部14と、梁接合部14から上方に延在する上側の柱15と、梁接合部14から下方に延在する下側の柱16と、を含んでいる。平面視において、梁接合部14の中心と上側の柱15の中心と下側の柱16の中心とは、一致している。なお、梁接合部14の中心と上側の柱15の中心と下側の柱16の中心とが若干ずれている場合もある。上側の柱15と梁接合部14との間、及び梁接合部14と下側の柱16との間、には、それぞれ応力伝達を補い梁接合部14の剛性を高めるためのダイヤフラム17,18が配置されている。ダイヤフラム17,18の中央には、それぞれ、コンクリート12を通す断面円形状の孔部17a,18aが設けられている。また、ダイヤフラム17,18の四隅には、それぞれコンクリート12の内部に含まれた空気を抜くための空気抜き穴17b,18bが上下に貫通するように設けられている。

0018

上側の柱15を水平面で切断したときの断面、及び梁接合部14を水平面で切断したときの断面は、共に同一の大きさの正方形状となっており、上側の柱15及び梁接合部14は、断面形状が四角形状となっている四角形部位Sに相当する。なお、上側の柱15を水平面で切断したときの断面の大きさと、梁接合部14を水平面で切断したときの断面の大きさとは、若干異なっている場合もある。以下では、水平面で切断したときの断面を単に断面と称する。下側の柱16は、その上端に、ダイヤフラム18を介して上記四角形部位Sの下端S1に接続される接続部16aを備えている。接続部16aの断面の形状は、上方に向かって円形から徐々に正方形に変化する形状となっており、接続部16aの上端の断面は、四角形部位Sの断面と略一致している。

0019

円形から徐々に正方形に変化する断面形状を有する接続部16aは、例えば断面円形状の鋼管の一端を潰して断面正方形状とすることによって、製造される。このような接続部16aは、予め工場等で製造し、現場で接続部16aを延在部16bに溶接等で接合させてもよいし、接続部16a及び延在部16bを備えた下側の柱16を予め工場等で製造してもよい。

0020

下側の柱16における接続部16aの下側は、下方に延在する延在部16bとなっている。延在部16bの断面は円形状となっており、この延在部16bは、断面形状が円形状となっている円形部位Eに相当する。延在部16bの上端E1の断面は、接続部16aの下端の断面と一致している。

0021

梁20は、フランジ21とウェブ22とを有するH形鋼であり、例えば、フランジ21が水平方向に延在する状態で梁接合部14の前後左右に接合されている。なお、梁20は、梁接合部14の前方、後方、左方及び右方の少なくともいずれかに接合されていればよい。また、上側のフランジ21の高さ位置は上側のダイヤフラム17と略一致しており、下側のフランジ21の高さ位置は下側のダイヤフラム18の位置と略一致している。梁接合部14の前後左右に位置するウェブ22のそれぞれは、上下に延在した状態で梁接合部14の前後左右に固定されている。

0022

鉄筋コンクリート30は、鋼管11の内部にコンクリート12が充填された柱10の周囲の一部に打設されている。具体的には、鉄筋コンクリート30は、下側の柱16、梁接合部14、梁20及び上側の柱15の下部、の周囲に打設されている。鉄筋コンクリート30が打設される高さ位置Hより下側は建物の地下階に相当し、高さ位置Hの下側に位置する柱10と梁20に鉄筋コンクリート30が打設されている。一方、高さ位置Hよりも上側の鉄筋コンクリート30が打設されない位置は、建物の地上階に相当する。柱10の周囲に打設された鉄筋コンクリート30の断面は、正方形状となっている。鉄筋コンクリート30には、鉛直方向に延在する複数の主筋31と、複数の主筋31を拘束し柱10を囲むように水平方向に配置されるフープ筋32と、が埋め込まれている。

0023

以上のように構成されるコンクリート充填鋼管構造1では、下側の柱16の下端からコンクリート12が圧入され、圧入されたコンクリート12を鋼管11の内部で上方移動させることによって、鋼管11へのコンクリート12の充填が行われる。ここで、仮に下側の柱の断面形状が四角形状であった場合、図3(b)に示されるように、コンクリート12の圧入を行ったときに膨らむことがあるので、下側の柱を構成する鋼管の管厚を薄くすることができないという問題がある。

0024

これに対し、本実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造1では、コンクリート12が圧入される柱16の延在部16bが円形部位Eとなっており、その上方に位置する梁接合部14及び上側の柱15が四角形部位Sとなっている。すなわち、鉄筋コンクリート30が打設されてRC巻きが施された部位における延在部16bの断面形状が円形状となっている。

0025

従って、図3(a)に示されるように、円形部位Eにコンクリート12の圧入を行ったときに、角形鋼管の場合と比較して、鋼管を膨らみにくくすることができる。よって、断面が円形状の円形部位Eは、角形鋼管よりも側圧に強く膨らみにくいので、コンクリート12の圧入を行った場合に、RC巻きが施されたRC巻き部分にひび割れが生じる問題を解消することができる。更に、円形部位Eにおける鋼管の管厚を格段に薄くすることができる。

0026

また、円形部位Eが設けられることにより、コンクリート12充填時における許容圧力を大きくすることができる。従って、下側からコンクリート12の圧入を行ったときに、一度の圧入で充填できるコンクリート12の量を多くすることができる。よって、コンクリート12の圧入作業に関する施工の手間を軽減させることができると共に、工期を短縮させて施工コストを低減させることも可能となる。

0027

更に、建物の地上階に相当する高さ位置Hよりも上側の位置では、断面が四角形状の柱15となっている。従って、この位置で円形状の柱を用いた場合と比較して、建物への使い勝手が良く、コストを大幅に低減させることが可能となっている。

0028

また、円形部位Eの上端E1と四角形部位Sの下端S1とを接続する接続部16aを備え、接続部16aの断面形状は、円形部位Eの上端E1から四角形部位Sの下端S1に向かって徐々に円形から四角形に変化している。よって、四角形部位Sの下端S1から円形部位Eの上端E1に向かってスムーズに荷重を伝達させることができる。従って、円形部位Eの上端E1と四角形部位Sの下端S1とを接合する接合部分における補強部材を別途用意する必要がないという効果も得られる。なお、上記第1実施形態では、下側の柱16の上側に、断面形状が円形から四角形に変化する接続部16aが設けられていたが、このような接続部が梁接合部14に設けられていてもよい。

0029

(第2実施形態)
図4及び図5に示されるように、第2実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造41は、第1実施形態のダイヤフラム18よりも厚いダイヤフラム48を用いた点と、柱16に代えて接続部16aを有しない下側の柱46を用いた点と、が第1実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造1と異なっている。

0030

第2実施形態において、下側の柱46の断面は円形状となっており、下側の柱46における断面の直径は、第1実施形態の柱16における延在部16bの直径と同一となっている。一方、梁接合部14の断面、及び上側の柱15の断面は、正方形状となっている。よって、第2実施形態では、梁接合部14及び上側の柱15が四角形部位Sに相当し、下側の柱46が円形部位Eに相当する。

0031

ここで、四角形部位Sにおける一辺の長さをBとし、円形部位Eにおける直径の長さをDとすると、BとDの関係は下記の式(1)を満たす値に近いことが好ましい。
D = B(√2+1)/2 ・・・(1)
このように円形部位Eの直径の長さであるDを四角形部位Sの一辺の長さBの1.2倍程度とすると、四角形部位Sから円形部位Eに荷重をスムーズに伝達させることが可能となる。

0032

ダイヤフラム48は、円形部位Eの上端E1と四角形部位Sの下端S1とを接続する接続部である。ダイヤフラム48は、柱10の外側に水平方向に突出する板状となっており、ダイヤフラム48の厚さは、ダイヤフラム17の厚さよりも厚くなっている。ダイヤフラム48は、平面視において、梁20のフランジ21と接合する平坦面48aを上下左右に有する12角形状となっており、梁接合部14及び下側の柱46を覆った形状となっている。なお、平面視におけるダイヤフラム48の形状は、12角形状でなくてもよく、梁接合部14及び下側の柱46を覆う形状であれば適宜変更可能である。

0033

以上のように、第2実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造41では、コンクリート12が圧入される下側の柱46が円形部位Eとなっているので、第1実施形態と同様の効果が得られる。また、第2実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造41では、円形部位Eの上端E1と四角形部位Sの下端S1とを接続するダイヤフラム48を備え、ダイヤフラム48は、柱10の外側に水平方向に突出する板状となっている。

0034

このような板状のダイヤフラム48を備えているので、四角形部位Sの下端S1から円形部位Eの上端E1に伝達される荷重をダイヤフラム48で分散させることができる。従って、ダイヤフラム48によって四角形部位Sの下端S1と円形部位Eの上端E1との補強を行うことが可能となる。また、下側のダイヤフラム48の厚さは、上側のダイヤフラム17の厚さよりも厚くなっているので、四角形部位Sから伝達される荷重をダイヤフラム48の厚みによってより確実に分散させることができる。

0035

(第3実施形態)
図6及び図7に示されるように、第3実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造51は、円形部位Eの上端E1と四角形部位Sの下端S1とを補強する補強プレート52が設けられる点と、第1実施形態の柱16とは異なる下側の柱56を備えた点と、が第1実施形態と異なっている。

0036

第3実施形態において、下側の柱56の断面は円形状となっており、下側の柱56における断面の直径は、正方形状となっている梁接合部14の断面における一辺の長さと同一となっている。また、梁接合部14の断面、及び柱15の断面は、正方形状となっているので、第3実施形態では、梁接合部14及び上側の柱15が四角形部位Sに相当し、下側の柱56が円形部位Eに相当する。また、第3実施形態において、ダイヤフラム17,18は、柱10の外側に水平方向に突出する板状となっており、下側のダイヤフラム18は、円形部位Eの上端E1と四角形部位Sの下端S1とを接続する接続部に相当する。

0037

補強プレート52は、下側のダイヤフラム18の下端と円形部位Eの上側とに連結される連結部である。補強プレート52は、矩形板状となっている。平面視において、補強プレート52は、断面正方形状の梁接合部14の四隅で放射状となるように配置されている。補強プレート52は、ダイヤフラム18を介して、梁接合部14の四隅と下側の柱56の外周56aとを連結している。各補強プレート52は、ダイヤフラム18の下端と、下側の柱56の外周56aと、に溶接等によって固定されている。

0038

以上のように、第3実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造51では、コンクリート12が圧入される下側の柱56が円形部位Eとなっているので、第1実施形態と同様の効果が得られる。また、第3実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造51では、ダイヤフラム18の下端と円形部位Eの上側とに連結される補強プレート52を備えている。

0039

このように板状のダイヤフラム18に加えて、ダイヤフラム18の下端と円形部位Eの上側とに連結される補強プレート52を備えることにより、この補強プレート52を介して、四角形部位Sの下端S1からの荷重をスムーズに円形部位Eに伝達させることができる。従って、四角形部位Sの下端S1と円形部位Eの上端E1との補強を一層強固にすることができる。また、補強プレート52は、矩形板状という単純な形状となっているので、コンクリート充填鋼管構造51が実現しやすい態様となっている。

0040

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記各実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。すなわち、本発明は、本発明の要旨を変更しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。

0041

例えば、上記実施形態では、鉄筋コンクリート30が打設される高さ位置Hよりも下側が建物の地下階に相当し、高さ位置Hよりも上側の鉄筋コンクリート30が打設されない位置が建物の地上階に相当していた。しかし、鉄筋コンクリート30が打設される高さ位置Hは、上記に限られず、例えば建物の途中階に位置していてもよい。

0042

また、上記実施形態では、円形部位Eの上端E1と四角形部位Sの下端S1とを接続する接続部(接続部16a、ダイヤフラム18,48)が地下階に設けられていたが、この接続部の高さ位置も上記実施形態に限定されず、例えば途中階に設けられていてもよい。

0043

1,41,51…コンクリート充填鋼管構造、10…柱、11…鋼管、12…コンクリート、15…上側の柱(コンクリートが打設されていない部位)、16,46,56…下側の柱(コンクリートが打設されている部位)、16a…接続部、18,48…ダイヤフラム(接続部)、30…鉄筋コンクリート、52…補強プレート(連結部)、E…円形部位、E1…上端、S…四角形部位、S1…下端。

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