钢结构工程质量管理和控制

摘要:近年来,随着我国社会经济的不断发展,我国的钢铁工业也得到迅速发展, 一方面，钢结构工程由于其造价低、结构性能好、施工速度快，大量的钢结构工业厂房、住宅小区、高层建筑、桥梁相继出现，取代了传统的砖混结构、混凝土框架结构建筑；另一方面，由于钢结构建筑具有重量轻、强度高、抗震性能好、节约空间、施工速度快、质量可靠、绿色环保等多方面的特殊优势,它已经成为世界发达国家的主导建筑结构,广泛应用于多高层民用建筑、跨度较大的工业厂房、桥梁建筑以及跨度要求较高的公共基础建筑上。由于钢结构自身的诸多优势,我国也开始广泛推广应用钢结构,在钢结构建筑方面取得了较快的发展,因此,也就面临着更多的质量安全问题,本文就钢结构施工管理中常见的质量问题进行简要分析,并针对存在的质量控制和管理问题谈几点体会。

关键词：钢结构质量管理控制

近年来,随着我国社会经济的不断发展,我国的钢铁工业也得到迅速发展, 一方面，钢结构工程由于其造价低、结构性能好、施工速度快，大量的钢结构工业厂房、住宅小区、高层建筑、桥梁相继出现，取代了传统的砖混结构、混凝土框架结构建筑；另一方面，由于钢结构建筑具有重量轻、强度高、抗震性能好、节约空间、施工速度快、质量可靠、绿色环保等多方面的特殊优势,它成为大跨度场馆、高层建筑和工业厂房所青睐的建筑材料。

吉隆坡国家石油双塔大厦，号称目前世界上最高的纯钢结构建筑（外层材料为不锈钢和玻璃）。双塔大厦在41层和42层之间还有一座用轻型钢建造的“空中天桥”连接两塔，“桥”长58ｍ、高9ｍ，总重750ｔ。

“鸟巢”是2008年北京奥运会主体育场。它由2001年普利茨克奖获得者赫尔佐格、德梅隆与中国建筑师合作完成的巨型体育场设计。外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱。钢结构大量采用由钢板焊接而成的箱形构件。而这次搭建它的钢结构的Q460也有很多独到之处：它是一种低合金高强度钢，它在受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形。许多看过“鸟巢”设计模型的人这样形容：那是一个用树枝般的钢网把一个可容10万人的体育场编织成的一个温馨鸟巢！用来孕育与呵护生命的“巢”，寄托着人类对未来的希望。在这里，中国传统文化中镂空的手法、陶瓷的纹路、红色的灿烂与热烈，与现代最先进的钢结构设计完美地相融在一起。

建筑工程中广泛使用的钢结构有着其它建筑材料不可比拟的优势，它可以如此神奇的编织出一项为世人叹为观止的宏伟建筑，难道它的完美是无可挑剔的吗？我们又该如何利用它的优势给人类展现出一个个漂亮的建筑工程呢？这些都正是我们建筑工作人员需要思考的问题。

一、钢结构的特性

1、钢结构的优势

（1）钢结构的材料强度高，用料省，体型小，降低了基础造价。

（2）由于钢材强度高，房屋自重轻，故以钢骨架作支撑结构时,可建造开间、进深较大的房屋，在相同建筑面积下的建筑空间利用率增加5％-7％。

（3）钢结构具有良好的延性,抗震性能好且受损轻，灾后容易修复。

（4）专业工厂标准化生产,工业化程度高，施工速度快，施工周期比传统建筑可缩短一半。

（5）环境破坏及污染少，改建和拆迁容易，材料的回收和再生利用率高。

2、钢结构的缺陷和隐患

尽管钢结构有很多优越条件,如钢材的结构组织均匀、强度高、弹性模量高、塑性和韧性好,适于承受冲击和地震荷载,钢材的密度与强度之比较小,钢结构与钢筋混凝土结构相比要轻30%—50%,而且钢结构便于机械化生产,是工程结构中工业化程度最高的一种。但是,也不可否认,钢结构还存在着缺陷和隐患。对于钢材本身的材质问题以及耐候性、耐火性、耐腐蚀性和抗压力性,还存在着大量的研究课题。同时,大量的事故表明,钢结构构件由于强度高,所用截面相对小,也就容易失去稳定。

以上问题成为钢结构的四大隐患,我们在采用钢结构时,要时刻警惕,并应采取下列相应的措施：

（1）钢结构的防腐蚀措施

在其工作环境中存在着大量以水为载体的腐蚀性介质,同时受到各种难以控制的环境等因素的影响,将不可避免地对其造成腐蚀。以下为几种预防措施：

①耐候钢；②热浸锌；③热喷铝（锌）复合涂层；④涂层法；⑤阴极保护法。

（2）常用的表面处理方法

手工处理：如刮刀、钢丝刷或砂轮等。

化学处理：主要是利用酸性或碱性溶液与工件表面的氧化物及油污发生化学反应，以达到去除工件表面锈迹氧化皮及油污的目的。

机械处理法：主要包括抛丸法和喷丸法。

（3）钢结构防火能力

钢结构的防火能力差，耐热而不耐高温。随着温度的升高，强度就降低。当周围存在着辐射热，温度在150度以上时，就应采取遮挡措施。如果一旦发生火灾，结构温度达到500度以上时，就可能全部瞬时崩溃。为了提高钢结构的耐火等级，通常都用混凝土或砖把它包裹起来。不同类型的钢材当遇到一定的高温或冲击时也会塑性变形。因此，随着我国钢铁企业冶炼技术的提高，为适应市场的需求，适合建筑用的特种钢必将不断的涌现，例如某些钢铁企业成功开发的耐火耐候钢，它是通过合适的技术，使钢材含有某种特定的成分，使钢材的表观结构及金相组织发生变化，从而使钢材本身生成所需的耐火性和耐候性。多种新型建筑用钢的出现将大力推动钢结构的发展。

（4）钢结构的抗压能力

当钢结构超出一定的荷载能力范围时，就会出现不同程度的弯曲变形。这必然会对建筑施工的安装及工程的整体效果产生影响。因此一项工程在设计之初就应当考虑到设计和选材标准，确保整个工程的安全。

二、钢结构设计规范及安装要求

1、设计钢结构时，应根据结构破坏可能产生的后果，采用不同的安全等级。

（1）按承载能力极限状态设计钢结构时，应考虑荷载效应的基本组合。

（2）计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时，应采用荷载设计值。

（3）荷载的标准值、荷载分项系数、荷载组合系数、荷载的动力系数以及按结构安全等级确定的重要性系数，应按《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)的规定采用。

2、钢结构安装要求：（1）制作安装时应采取必要的措施，使之符合《钢结构工程施工及验收规范》和图纸设计要求。（2）所有钢件及连接材料，必须具有材料力学性能和化学成份合格证明，钢结构安装完毕后柱脚须用素混凝土包柱，高度为100㎜。（3）焊缝必须符合《钢结构工程施工及验收规范》的要求，不得有裂纹、夹渣、气孔等承载力的缺陷，且外观质量合格，尺寸满足设计要求。（4）各类构件的加工制作及预拼装偏差不应超过《钢结构施工及验收规范》的要求。（5）钢结构的安装必须按施工组织设计进行，先安柱，再安装梁。（6）钢结构单元及逐次安装过程中，应及时调整消除累计偏差，使总安装偏差最小。（7）任何安装孔不得随意气割扩孔，不得随意更改螺栓直径。

2008年1月10号，南方各省经历了五十年一遇的特大冰雪冻雨天气，持续时间达到二十多天，给各省造成严重的经济损失。大量的钢结构厂房，铁塔，仓库及临时建筑物的倒塌或发生不同程度的破坏，造成了人员及财产的巨大损失。受严重雨雪灾害的影响，南方各省多出高压输电塔及移动通信塔倒塌。铁塔的破坏情况基本上都是从中间弯倒，塔劲部发生扭折，角钢断裂，下半截还是正常，上半截从中间耷拉。同时由于大雪积压，南方各省大面积轻型门式钢架厂房与钢架柱断开，屋面檩条扭曲严重，屋面板与檩条脱离，钢架柱柱角拔出，有些厂房已经完全破坏，经济损失严重。本次雪灾中钢桁架及网架破坏的主要原因是因为雪荷载过大，超出规范的荷载取值以致结构构件在超大载的作用下挠曲变形引起结构局部垮塌或整体垮塌。引发事故的原因是多方面的，自然灾害是诱发因素，但是设计、制作、安装等过程中所留下来的安全隐患却是事故发生的内在原因。

1.设计条件与实际不符合

根据实地测量数据，屋面雪荷载达到70-120kg/㎡，这就造成了设计荷载与实际荷载的差值较大，加之同时由于雪荷载的不均匀分布从而给结构留下较大隐患。

2.结构选型、设计简图不合理

（1）门式钢架的中柱都是按照摇摆柱设计的，但是实际的构造却没有做到链接，而是一种半刚性链接，这样就造成中柱顶部受巨大弯矩而破坏。

（2）一些变截面构建的设计不合理，刚度突然变大，在刚度突变处容易产生破坏。

（3）檩条设计未考虑扭转，但因为屋面荷载并未通过檩条的剪切中心，所以产生扭转。

3.安装方面不遵守规范程序，端板安装存在初始变形，安装临时支撑措施不到位，造成构建在吊装过程中变形或损失；脚柱螺栓偏位丝扣保护不好，；焊缝质量差，焊缝处胶装密封剂未装，自攻螺钉少打没有安装橡胶垫造成屋面漏水等。相关专家提出相应的防御措施：

（1）建议荷载规范对屋面荷载的荷载取值有所调整

（2）采取有效的抗冻防灾措施

（3）设计人员严格按规范要求不因造价问题而随意更改设计标准

（4）应通过行业协会等积极提高钢结构设计、制造、施工等技术人员的水平

（5）加强设计和制作安装资质的管理和政府部门的监督

（6）建立拱结构事故专家系统开展事故原因分析和预防工作，提高应对灾害的能力

（7）加强现场施工过程中的质量管理

三、钢结构施工过程中的质量控制

大河网行业联盟讯于2012年5月19日报道，郑州福耀玻璃有限公司在14日晚六点钟左右搭建的大型钢结构厂房倒塌，数十名工人被困，两人死亡。记者来到河南省六鑫钢结构工程有限公司，工作人员介绍导致钢架房坍塌的事例并不多见，常规搭建方法有三步：首先根据立柱大小做基础和预埋。然后是吊装，立柱和基础连接(基础螺栓和上下螺帽固定或调试立柱)，然后是梁与立柱的链接，檩条链接，隅撑和斜拉筋的连接几乎相互搭配同步走。最后是墙体和屋面的组装。经记者了解，此事故的钢结构的立柱和地面完全脱离，螺栓和主柱连接的螺栓上没有上螺帽，两者没有连接上，这才是导致钢结构建筑物倒塌的主要原因，在倒塌现场的图片中可以看到钢材有明显的皱褶痕迹，工作人员告诉我们，如果梁上的钢板强度和厚度足够的话，在压力下，它只会有一个弧度，不会有明显的折裂痕迹，如果地脚螺栓连接好，选用的钢材合格的话，即使是六级的风力也只会让立柱倾斜，不至于全部都垂直倒塌在地上，不至于造成这么大的损失。

此案例可以充分说明在任何一项建筑工程中每一个步骤都是至关重要的，因此工作人员要严格控制施工过程中的每一项工作。

1、做好工程开工前准备工作

（1）强化施工图纸的会审工作

工程开工前项目技术负责机构要组织技术人员熟悉工程图纸与项目有关的规范标准、工艺技术条件，充分领会设计意图。检查施工图纸中的“错、漏、缺”，力争把问题解决在施工之前，减少因图纸问题对工程质量、进度的影响。

（2）认真审查钢结构安装施工组织设计

施工组织设计是施工单位全面指导工程实施的技术性文件，施工组织设计的完善程度直接影响工程的质量、进度。因此，钢结构安装工程施工组织设计审查要有针对性和重点。

2、现场施工过程中的质量管理

位于法国巴黎塞纳河南岸马尔斯广场北端的埃菲尔铁塔，是世界七大著名建筑之一。塔身为钢架镂空结构，高320米，重9000吨，海拔57米。共用去钢铁7000吨，12000个金属部件，259万只铆钉，极为壮观。1887年1月铁塔正式开工，整个工地成了一个巨大的钢铁加工厂。高塔建造时现场并没有什么辅助脚架，全靠精密的计算和严密的管理，一根根沉重的钢材凭借手动液压装置精确地顶到位置，再由人工用一个个烧红的铆钉，挥舞着铁锥一锤一锤加以铆接固定。工程在28个月工期里，始终体现着严格而科学的秩序。100多年来，埃菲尔铁塔历经风风雨雨，依然屹立在塞纳河边，已经成为钢结构标志性建筑的代表。

（1）钢结构基础工程的质量控制

钢结构即是由型钢和钢板通过焊接、螺栓连接或铆接而制成的工程结构，与其它建设相比，在使用中、设计、施工及综合经济方面都具有优势，造价低，可随时移动的特点。钢结构工程的基础一般都采用混凝土独立柱基础，基础的混凝土及钢筋、模板的施工与其他工程的施工工序及方法相同，而基础独立柱中预埋的螺栓是质量控制的重点，单个螺栓及每组螺栓之间的间距、高低的偏差，直接影响钢结构工程的安装质量，我们施工单位一般采用以下措施：

①制作安装模板

②螺栓组的固定

③做好中间交接

（2）钢结构主体工程的质量控制

①钢构件的质量检验

主控项目：

a全数检查数量。构件立放，在两端支承后，用水准仪和钢尺检查。

b按铣平面数量抽查10%，且不应少于3 个。用钢尺、角尺、塞尺等检查。

一般项目：

a全数检查数量。观察和用钢尺检查。

b按钢构件数量抽查10%，且不应少于3 件。用钢尺、角尺、塞尺等检查。

c 按接触面的数量抽查10%，且不应少于10个。用0.3mm塞尺检查，其塞入面积应小于25%，边缘间隙不应大于0.8mm。

d 按构件数量抽查10%，且不应少于3个，每个抽查构件按节点数抽查10%，且不应少于3 个节点。尺量检查。

e 按坡口数量抽查10%，且不应少于3 条。用焊缝量规检查。

f 按钢构件数量抽查10%，且不应少于3件。用拉线、吊线、钢尺、直角尺、塞尺、焊缝量规等检查。

②钢构件安装质量控制

钢结构工程在安装节点同时，形成有稳定性的刚度单元，要及时对其轴线、标高、垂直度进行检查，应按事前的施工方案及组装方式、顺序进行，避免误差传递。在吊装过程中要注意钢构件侧向刚度，应进行必要的强度验算，否则要进行加强处理。钢结构安装顺序通常为横向从中间到两端，从高跨到低跨；竖向从上部到下部。但无论哪种吊装方式，应及时形成稳定的刚度单元，螺栓要及时终拧，焊接要及时到位。根据工程特点，切实做好安全技术交底工作，严格控制每道工序，把好质量安全关，同时做到环境保护和文明施工。

③螺栓安装质量的控制

钢结构安装使用中有高强度螺栓和普通螺栓连接。高强度螺栓连接副有大六角和扭剪型高强度螺栓，其区别仅是外型和安装方法不同，其力学性能和紧固后的连接性能完全一样，但在施工中要注意螺栓垫圈的方向性。安装前高强度螺栓应进行复验，施工现场要注意高强度螺栓开箱时检查避免混批。普通螺栓作为钢构件永久螺栓使用时，设计有要求或对其质量有疑义时应进行该螺栓实物最小载荷复验。施工时普通螺栓一端不得垫2个以上垫圈或采用大螺母代替垫圈方式紧固，紧固后的丝扣外露不小于2~3扣；地角螺栓宜采用双螺母，可在螺母拧紧后与螺杆焊实。

④焊接质量的控制

钢构件在施工现场采用焊接形式。通常用短焊缝，应在明确焊缝的等级要求及合理的焊接工艺评估参数情况进行。焊接区应保持干燥，不得有油污、水、锈、氧化皮和其它杂物，焊接材料使用前应按使用说明书规定进行烘焙；焊缝表面处理不得有熔渣，两侧不得有飞溅物；焊缝检查对全溶透，不低于Ⅱ级焊缝应要求做超声波探伤。对不合格的焊缝可以用碳弧气刨或切割方式对缺陷部份返工重新焊接，但同一部位不宜返工两次以上，以免钢材性能因温度产生变异。焊接材料的品种、规格、性能应符合国家产品标准和设计要求，对重要钢构工程的焊接材料应见证取样复验。合理选择焊接材料是焊接成功关键。

⑤涂刷工程质量的控制

涂料品种、型号、颜色图案和性能要符合设计要求。检查产品合格证书、性能检测报告和进场验收。施工严格按照施工说明进行，每层之间要达到规定的干燥时间，涂料均匀，厚薄一致，避免露底漏涂、多涂，控制单位耗量。基层腻子应平整、坚实、牢固，无粉化起皮和裂缝。涂料作业结束后，应注意对饰面进行必要的保护，防止外用吊篮拆除时污染涂料面，影响涂刷效果。

（3）门窗工程安装质量控制

钢窗安装质量的控制重点有两点：一是，钢窗进场合格证、产品试验报告及外观的检查。二是，钢窗和固定钢窗的立柱之间的间隙控制。先施工固定钢窗的立柱，有可能出现钢窗与立柱之间缝隙过大或钢窗安不上。应先固定钢窗一边的立柱，待钢窗完全固定就位后，再焊接另一边的立柱，这样保证钢窗与立柱之间无缝隙。

（4）压型彩板安装质量控制

压型彩板进场后，要进行外观和合格证的检查，并复核与压型板施工安装有关钢构件的安装精度，清除檩条安装时的焊缝药皮和飞溅物，并涂刷防锈漆进行防腐处理。彩板安装时，要按墙面进行排版，从一端开始进行，板与板之间必须咬紧，再用螺钉固定，墙板接缝处做好防水处理。

钢结构工程的施工在我国刚起步，只有加强施工过程中的监督检查，做好质量控制工作，才能保证钢结构工程的施工质量。

四、竣工验收质量控制

钢结构工程施工质量是指在钢结构工程的整个施工过程中，反映各个工序满足标准规定的要求，包括其可靠性(安全、适用、耐久)、使用功能以及环境保护等方面所有明显和隐含能力的特性总和。

钢结构竣工验收的具体要求如下：

1、检验批合格质量标准应符合下列规定:

（1）主控项目必须符合规范规定的合格质量标准；

（2）一般项目，其检验结果应有80%及以上的检查点(值)符合合格质量标准偏差值的要求，且最大值不超过1.2倍的偏差限值；

（3）质量证明文件应完整。

2、分项工程合格质量标准应符合下列规定:

（1）各检验批应符合合格质量标准；

（2）各检验批质量验收一一记录、质量证明文件等应完整。

3、分部(子分部)工程合格质量标准应符合下列规定:

（1）各分项工程质量均应符合合格质量标准；

（2）质量控制资料和文件应符合要求且完整；

（3）有关安全及功能的检验和见证检测结果应符合规范规定的相应合格质量标准；

（4）有关观感质量应符合规范规定的相应合格质量标准。

4、当钢结构工程质量不符合规范规定的合格质量标准时，应按下列规定进行处理:

（1）经返工重做或更换材料、构件、成品等的检验批，应重新进行验收;

（2）经有资质的检测单位检测鉴定能够达到设计要求或规范规定的合格质量标准的检验批，应予以验收;

（3）经有资质的检测单位检测鉴定达不到设计要求，但经原设计单位核算认为能够满足结构安全和使用功能的检验批，可予以验收;

（4）经返修或加固处理的分项、分部工程，虽然改变外形尺寸但仍能满足安全使用要求，可按处理技术方案和协商文件进行二次验收;

（5）通过返修或加固处理仍不能满足安全使用要求的，严禁验收。

五、钢结构工业建筑的发展前景及趋势

从发达国家钢结构建筑的发展来看，我国钢结构工业建筑的发展前景是光明的：一是因为政府已开始高度重视钢结构建筑的发展，1998年已经把钢结构技术列为重点推广的新技术，1999年还成立了国家建筑用钢领导小组，专门研究钢结构在建筑领域的应用问题；二是我国钢结构建筑的发展相对滞后，从产量上来讲，发达国家的建筑用钢量为其钢产量的45％—55％，而我国钢产量连年居世界第一，而建筑用钢量仅占总产量的20％左右，如按此比例推算，则我国有4000万吨左右建筑用钢的发展空间。

除此之外，我们还应从以下几个方面来看：

1、从发展钢结构的主要物质基础看：

钢材的发展是钢结构发展的关键因素。为适应建筑市场的需要，成品钢材将朝着品种齐全材料标准化方向发展。国产建筑钢结构用钢在数量、品种和质量上发展都很快，热轧Ｈ型钢、彩色钢板、冷弯型钢的生产能力大大提高，为钢结构发展创造了重要的条件。其他钢结构中型钢、及涂镀层钢板都有明显增长，产品质量有较大提高。耐火、耐候钢、超薄热轧Ｈ型钢等一批新型钢已开始在工程中应用，为钢结构发展创造了条件。

2、从设计、生产、施工专业化水平看：

钢结构行业经过几年的发展，专业钢结构设计人员的素质在实践中得到不断提高。一批有特色有实力的专业研究所、设计院不断研究和开发出钢结构设计软件和新技术。目前，国内许多钢结构设计软件相继问世，可分别适应轻钢结构、网架结构、高层钢结构、薄壁拱形结构的设计需要。随着计算机技术在工程设计中的普遍应用，钢结构设计软件功能的日臻完善，为协助设计人员完成结构分析设计、施工图绘制提供了极大的便利。

钢结构制造企业在全国遍地开花，造就了一批有实力的龙头企业。年产量达到10—20万吨规模的就有10余家企业，承担了国内大型钢结构工程任务，他们完全具备与国际同行业企业间进行公平竞争的实力。目前一批外资、合资、民营的钢机构制造企业已在激烈的市场竞争中脱颖而出。从计算机设计、制图、数字控制、自动化加工制造都处于行业领先水平，其产品的范围也从传统的建筑工程结构、机械装备、非标准构件、成套设施到商品房屋、集装箱产品、港口设施等直接到用户的终端产品。

钢结构的工业化大批量生产，钢结构的安装新工法层出不穷，以及节能、防水、隔热、等先进成品集合与一体成套应用，设计、生产施工一体化必将提高建筑产业化水平。

3、从钢结构工程业绩来看：

世界第三高度421米的上海金茂大厦，具有国际领先水平、高度279米的深圳赛格大厦，跨度1490米的润扬长江大桥，跨度550米的上海卢浦大桥，345米高的跨长江输电铁塔，以及首都国际机场等等许多采用钢结构建筑体系的重要工程，标志着建筑钢结构正向高层重型和空间大跨度钢结构发展。

4、从住宅钢结构的产业化来看：

我国已把轻钢结构在住宅建设上的推广应用作为建筑业的一场革命。随着住宅业成为我国经济发展新的增长点，轻钢住宅将是住宅产业发展的必由之路。而住宅产业化的前提是具备与产业化相配套的新技术、新材料和新体系。由于钢结构体系易于实现工业化生产、标准化制作，且与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料。因此，研究钢结构体系住宅成套技术，将大大促进住宅产业化的快速发展。

5、从政府部门的引导和支持看：

政府部门的引导和支持，使钢结构作为绿色环保产品得到推广和发展。钢结构与传统的混凝土结构相比较，具有自重轻、强度高、抗震性能好等优点。适合于活荷载占总荷载比例较小的结构，更适合与大跨度空间结构、高耸构筑物并适合在软土地基上建造。也符合环境保护与节约、集约利用资源的国策，其综合经济效益越来越为各方投资者所认同，客观上将促使设计者和开发商们选择钢结构。

“钢结构是环保建筑，钢结构符合可持续发展概念”——21世纪钢结构将占领广阔的建筑市场。在我国目前大力推广建筑产业化的时代背景下,钢结构体系必将成为建筑结构体系的主流。

六、结论

1、钢结构虽然有着传统建筑结构不可比拟的优越性，但它仍然存在着许多缺陷和隐患。

2、加强钢结构质量管理，做好施工过程中的质量控制工作，对于钢结构以及整个建筑业的发展有着相当重要的意义。

3、钢结构的发展前景是很光明的，21世纪必将占领广阔的建筑市场，成为建筑结构体系的主流。

参考文献：

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5.张耀春钢结构设计原理北京高等教育出版社2004.7（2005重印）。

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