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文档简介
中学教学楼毕业设计计算书目 录摘要 11 建筑设计2 结构设计概况3建筑介绍、建筑地点、建筑类型、门窗使用、地质条件 3梁、柱截面尺寸的初步确定 4框架结构的计算简图 53 楼板设计5屋面和楼面板的荷载计算5楼板计算10次梁计算 26荷载计算26次梁计算27截面设计285 竖向荷载作用下框架结构的内力计算 29计算单元的选择确定29横梁、纵梁、柱线刚度的计算 30恒载荷载计算32恒载内力计算37活载荷载计算48活载内力计算52梁、柱内力计算636 横向水平荷载作用下框架结构的内力计算73风荷载作用楼层剪力的计算73梁、柱线刚度计算 74框架柱的侧移刚度D值计算75风荷载作用下框架内力计算77水平地震荷载作用下内力计算827 横向框架内力组合85恒载作用下内力组合85活载作用下内力组合88风载作用下内力组合90水平地震荷载作用下内组合918 截面设计 93框架梁设计 93框架柱设计98裂缝验算1059 基础设计111设计参数111柱下独基设计11210 楼梯设计117楼梯板计算117平台板计算119平台梁计算120参考文献 122致谢 1231建 筑 设 计1.2采光、通风、防火设计1.2.1.采光、通风设计在设计中选择合适的门窗位置,取得良好的效果以便于通风。 1.2.2.防火设计本工程耐火等级为二级,建筑的内部装修、陈设均应做到难燃化,以减少火灾的发生及降低蔓延速度,公共安全出口设有两个,可以方便人员疏散。在疏散门处应设有明显的标志。各层均应设有手动、自动报警器及高压灭火水枪。1.2.3建筑细部设计1、建筑热工设计应做到因地制宜,保证室内基本的热环境要求,发挥投资的经济效益。2、建筑体型设计应有利于减少空调与采暖的冷热负荷,做好建筑围护结构的保温和隔热,以利节能。3、采暖地区的保温隔热标准应符合现行的民用建筑节能设计标准的规定。4、室内应尽量利用天然采光。5、为满足防火和安全疏散要求,设有两部楼梯。1.2.4方 案 构 思设计采用目前国内通用的钢筋混凝土结构。本设计充分考虑到总体规划提出的要求、建筑高度、抗震设防烈度和周围环境的关系,确定本结构的建筑平面布置简单、规则、对称、长宽比不大,对抗震有利,结构具有良好的整体性;同时考虑到结构不同使用功能的需求,建筑平面布置较为灵活,可以自由分割空间,选用框架结构;立面注意对比与呼应、节奏与韵律,体现建筑物质功能与精神功能的双重特性。1.2.5设计过程建筑设计根据建筑用地条件和建筑使用功能、周边城市环境特点,首先设计建筑平面,包括建筑平面选择、平面柱网布置、平面交通组织及平面功能设计;其次进行立面造型、剖面设计;最后设计楼梯和卫生间。本设计满足建筑单位的使用要求,技术措施合理,同时,通风、采光、消防等技术指标均满足相应的规范和规定。2.结构设计概况:2.1.建设项目名称:某中学教学楼2.2建筑地点:抗震设防7度区2.3设计资料:2.3.1.地质水文资料:本建筑场地为II级阶地地貌,勘探深度内自然地面以下土层依次为:新近堆积黄土层,承载力特征值fak=100kpa,厚度2m左右;砂、砾石层,承载力特征值fak=160kpa,层厚35m左右;卵石层,承载力特征值fak=230kpa。本场地内无不良环境地质条件,地下水位深6m,地下水对混凝土不产生腐蚀性。2.3.2抗震设防要求:七度乙级设防2.3.3底层室内主要地坪标高为0.000。2.4.主要构件材料及尺寸估算2.4.1.主要构件材料框架梁、板、柱采用现浇钢筋混凝土构3 件,墙体采用混凝土空心砌块,混凝土强度:梁、板、柱均采用C30混凝土,钢筋使用HPB235,HRB335二种钢筋。2.4.2.框架梁:横向框架梁,最大跨度L=6.6m,h=(1/81/12)L=825mm550mm,取h=600mmb=(1/21/3)h=412mm185mm,取b=300mm纵向框架梁,最大跨度L=6.6m,h=(1/121/13)L=825mm550mm,取h=600mmb=(1/21/3) h=330mm220mm,取b=300mm次梁取200X5502.4.3.框架柱:抗震等级二级的框架结构轴压比0.85,边柱和中柱的负荷面积分别是6.6m3.3m和6.6m4.65m。边柱 中柱 所以边柱取500mm500mm,中柱取600mm600mm。框架结构计算简图3.楼板设计3.1屋面和楼面板的荷载计算屋面和楼面板的荷载取自建筑荷载规范(GB500092001)。教室采用磨光大理石地面名称做法厚度(mm)容重(KN/m3)重量KN(m2)白色磨光大理石楼面白水泥大理石面砖20250.51:3水泥砂浆找平25200.5纯水泥浆一道2200.04钢筋混凝土楼板100252.5板底20厚粉刷抹平20170.34楼面静载3.88楼面活载2根据混凝土结构设计规范(GB500102002),楼板长边l02与短边l01之比小于2时,宜按双向板计算。楼板长边l02与短边l01之比大于2,但小于3.0时,宜按双向板计算,当按沿短边受力的单向板计算时,应沿长边方向布置足够的构造钢筋。根据本工程的实际尺寸,楼板全为双向板,楼板按照弹性方法进行计算。多跨连续双向板跨中最大正弯矩:为了求得连续双向板跨中最大正弯矩,荷载分布情况可以分解为满布荷载g+q/2及间隔布置q/2两种情况,前一种情况可近似认为各区格板都固定支承在中间支承上,对于后一种情况可近似认为在中间支承处都是简支的。沿楼盖周边则根据实际支承情况确定。分别求得各区格板的弯矩,然后叠加得到各区格板的跨中最大弯矩。多跨连续双向板支座最大负弯矩:支座最大负弯矩可按满布活荷载时求得。连续双向板的计算图示标准层楼板区格- 97 -3.1.1板C 基本资料:1、边界条件(左端/下端/右端/上端):铰支/固定/固定/铰支/2、荷载:永久荷载标准值:g 3.88 kN/M2可变荷载标准值:q 2.00 kN/M2计算跨度Lx = 3200 mm;计算跨度Ly = 6500 mm板厚H =100 mm;砼强度等级:C30;钢筋强度等级:HPB2353、计算方法:弹性算法。4、泊松比:1/5.计算结果:平行于 Lx 方向的跨中弯矩 MxMx=(0.0559+0.0079/5)(1.203.88+1.401.0)3.22=3.56kNM考虑活载不利布置跨中X向应增加的弯矩:Mxa =(0.0965+0.0174/5)(1.4 1.0)3.2 2 =1.4kNMMx=3.56+1.4 =4.96kNMAsx=303.7mm2,实配8150 (As 335mm2)min 0.215% , 0.335%平行于 Ly 方向的跨中弯矩 MyMy =(0.0079+0.0559/5)(1.203.88+1.401.0)3.22= 1.18kNM考虑活载不利布置跨中Y向应增加的弯矩:Mya =( 0.0174+0.0965/5)(1.4 1.0)3.22 =0.53kNMMy= 1.18+0.53=1.71kNMmin 0.215% , 0.42%3.1.2板D 基本资料:1、边界条件(左端/下端/右端/上端):固定/固定固定/铰支/2、荷载:永久荷载标准值:g 3.88 kN/M2可变荷载标准值:q 2.00 kN/M2计算跨度Lx = 3300 mm;计算跨度Ly = 6600 mm板厚H = 100 mm;砼强度等级:C30;钢筋强度等级:HPB2353、计算方法:弹性算法。4、泊松比:1/5.计算结果:平行于 Lx 方向的跨中弯矩 MxMx =(0.0408+0.0028/5)(1.20 3.88+1.40 1.0)3.32 =2.98NM考虑活载不利布置跨中X向应增加的弯矩:Mxa =(0.0965+0.0174/5)(1.4 1.0)3.3 2 =1.52kNMMx= 2.98+ 1.52 = 4.5kNM3.1.3板A(卫生间) 基本资料:1、边界条件(左端/下端/右端/上端):铰支/固定/固定/铰支2、荷载:永久荷载标准值:g 3.59 kN/M2可变荷载标准值:q 2.50 kN/M2计算跨度Lx = 3300 mm;计算跨度Ly = 6600 mm板厚H =80 mm;砼强度等级:C30;钢筋强度等级:HPB2353、计算方法:弹性算法。4、泊松比:1/5.计算结果:平行于 Lx 方向的跨中弯矩 MxMx=(0.0559+0.0079/5)(1.203.59+1.401.25)3.22=3.57kNM考虑活载不利布置跨中X向应增加的弯矩:Mxa =(0.0965+0.0174/5)(1.4 1.25)3.2 2 =1.75kNMMx=3.57+1.75 =5.31kNMAsx=445.7mm2,实配8100 (As 503mm2)min 0.215% , 0.63%平行于 Ly 方向的跨中弯矩 MyMy =(0.0079+0.0559/5)(1.203.56+1.401.25)3.22= 1.18kNM考虑活载不利布置跨中Y向应增加的弯矩:Mya =( 0.0174+0.0965/5)(1.4 1.25)3.22 =0.663kNMMy= 1.18+0.663=1.843kNMAsy= 148.9mm2,实配8200 (As 252mm2)min 0.215% , 0.252%沿 Lx 方向的支座弯矩 MxMx =0.1179(1.203.56+1.402.5) 3.22 =9.38NMAsx=579mm2,实配880 (As 623mm2)min 0.215% , 0.623%沿 Ly 方向的支座弯矩 MyMy =0.0786(1.203.56+1.402.5)3.22 =6.26kNMAsy=531mm2,实配8100 (As558mm2)min 0.215% , 0.558%3.1.4板B(卫生间) 基本资料:1、边界条件(左端/下端/右端/上端):铰支/固定/固定/固定2、荷载:永久荷载标准值:g 3.59 kN/M2可变荷载标准值:q 2.50 kN/M2计算跨度Lx = 3300 mm;计算跨度Ly = 6600 mm板厚H = 80 mm;砼强度等级:C30;钢筋强度等级:HPB235板厚H = 100 mm;砼强度等级:C30;钢筋强度等级:HPB2353、计算方法:弹性算法。4、泊松比:1/5.平行于 Lx 方向的跨中弯矩 MxMx =(0.0225+0.0255/5)(1.20 3.88+1.40 1.25)2.72 =1.29KNM考虑活载不利布置跨中X向应增加的弯矩:Mxa =(0.0368+0.368/5)(1.4 1.25)2.7 2 =1.41kNMMx= 1.29+ 1.41 = 2.7kNMAsx=163.2mm2,实配8200 (As252mm2)min 0.215% , 0.252%平行于 Ly 方向的跨中弯矩 MyMy =(0.0255+0.0225/5)(1.20 3.88+1.40 1.25)2.72=1.41kNM考虑活载不利布置跨中Y向应增加的弯矩:Mya =(0.0368+0.0368/5)(1.41.25) 2.72 =0.56kNMMy=1.4+0.56=1.96kNMAsy=117.94mm2,实配8200 (As 252.mm2)min 0.215% , 0.252%沿 Lx 方向的支座弯矩 MxMx =0.0683(1.203.88+1.402.5)2.72 =3.8kNMAsx=231mm2,实配8200 (As 252mm2)min 0.215% , 0.252%沿 Ly 方向的支座弯矩 MyMy =0.0711(1.203.88+1.40 2.5) 2.72 =4.3kNMAsy=262.3mm2,实配8180 (As 280mm2)min 0.215% , 0.28%3.1.6板F Mxa =(0.0965+0.0174/5)(1.4 1.0)3.2 2 =0.5kNMMx=3.75+0.5 =4.25kNMAsx=259.2mm2,实配8180 (As 280mm2)min 0.215% , 0.28%平行于 Ly 方向的跨中弯矩 MyMy =(0.0079+0.0559/5)(1.204.9+1.400.35)3.22= 1.25kNM考虑活载不利布置跨中Y向应增加的弯矩:Mya =( 0.0174+0.0965/5)(1.4 1.0)3.22 =0.18kNMMy= 1.25+0.18=1.43kNMAsy= 85.8mm2,实配8200 (As 252mm2)min 0.215% , 0.252%沿 Lx 方向的支座弯矩 MxMx =0.1179(1.204.9+1.400.7) 3.22 =8.3kNMAsx=518.7mm2,实配880 (As 623mm2)min 0.215% , 0.623%沿 Ly 方向的支座弯矩 MyMy =0.0786(1.204.9+1.400.7)3.22 =5.53kNMAsy=335mm2,实配8120 (As420mm2)3.2.2板D 基本资料:1、边界条件(左端/下端/右端/上端):固定/固定固定/铰支/2、荷载:永久荷载标准值:g 4.9 kN/M2,可变荷载标准值:q 0.7 kN/M2计算跨度Lx = 3300 mm;计算跨度Ly = 6600 mm板厚H = 100 mm;砼强度等级:C30;钢筋强度等级:HPB2353、计算方法:弹性算法。4、泊松比:1/5.计算结果:平行于 Lx 方向的跨中弯矩 MxMx =(0.0408+0.0028/5)(1.20 4.9+1.40 0.35)3.32 =2.87NM考虑活载不利布置跨中X向应增加的弯矩:Mxa =(0.0965+0.0174/5)(1.4 0.35)3.3 2 =0.53kNMMx= 2.87+ 0.53= 3.4kNMAsx= 206.3mm2,实配8200 (As252mm2)min 0.215% , 0.252%平行于 Ly 方向的跨中弯矩 MyMy =(0.0028+0.0408/5)(1.20 4.9+1.400.35)3.32=0.76kNM考虑活载不利布置跨中Y向应增加的弯矩:Mya =(0.0174+0.0965/5)(1.40.35) 3.32 =0.2kNMMy= 0.72+0.2=0.92kNMAsy=55mm2,实配8200 (As 252.mm2)min 0.215% , 0.252%沿 Lx 方向的支座弯矩 MxMx =0.0836(1.204.9+1.400.7)3.32 = 6.25kNMAsx=385mm2,实配8120 (As 420mm2)min 0.215% , 0.420%沿 Ly 方向的支座弯矩 MyMy =0.0569(1.204.9+1.400.7) 3.32 =4.25kNMAsy=259.1mm2,实配8180 (As 280mm2)min 0.215% , 0.280%4.1.2.弯矩计算边跨Ma=-1/16(g+q)L012=40.786.62/16-111KNMM1=1/14(g+q)L012= 40.786.62/14 126.9KNMMb=-1/11(g+q)L012= -40.786.62/11=-161.5KNM中间跨Mb=-1/11(g+q)L022= -40.782.72/11=-27KNMM2 = 1/16(g+q)L022= 40.782.72/16 18.6KNMMc=-1/14(g+q)L022= -40.782.72/11-21.3KNM边跨Vcl= 0.55(g+q)L02= 0.5540.782.760.6KN第三跨Vcr=0.6(g+q)L05= 0.640.786.6161.5KNVd= 0.45(g+q)L05= 0.4540.786.6121.2KN4.1.4截面设计AB跨跨中配筋:C30混凝土,fc14.3N/mm,HRB335, fy 300N/mm,纵筋合力点至近边边缘的距离 as 35mm; M=126.9KNMbh 200550mm, ho h - as 550-35 515mmb 0.550 0.184 b 0.550As 1xf bho/fy 114.3200515x0. 184/300 903.4mm2 As / (b ho) 903.4/(200515) 0.88%0.20%选配320(As =940 mm2)AB跨支座配筋计算:4.1.5斜截面受剪承载力计算:设计参数:混凝土强度等级 C30,fc14.3N/mm,ft 1.43N/mm,as30mm,钢筋等级HRB235箍筋抗拉强度设计值 fyv 210N/mm,箍筋间距 s 150mm剪力设计值 V 161.5kN截面尺寸 bh 200450mm, ho h - as 450-30 420mm计算过程:0.7 ft b ho 0.714300.200.4281.2kN V 161.5kN当 V 0.7 ft b ho、 h 300mm 构造要求:箍筋最小直径 Dmin 6mm,箍筋最大间距 Smax 150mm最小配箍面积 Asv,min (0.24 ft / fyv) b s 82mm2当 ho / b 4 时,V 0.25 c fc b ho0.25 c fc b ho 0.251143000.20.27 193.1kN V 112.66kN,满足要求。V 0.7 ft b ho + 1.25 fyv Asv/s hoAsv (V - 0.7 ft b ho) s / (1.25 fyv ho)(112660-0.714300.20.27)150/(1.25210270) 238mm沿梁全长配81505.竖向荷载作用下框架结构的内力计算5.1.1横向框架计算单元根据结构布置和荷载计算,对一榀横向中框架进行计算,如图所示。房间内直接传给该框架的楼面荷载如图中的阴影线所示。横向框架计算单元5.1.2梁、柱线刚度计算: 横梁线刚度计算类别bhIlEcI/l1.5EcI/l2EcI/l(mm)()(m)()()()边横梁0.30.60.00546.615.823.731.6中横梁0.30.60.00542.75.938.9411.9 柱线刚度ic计算层次hbhIEcI/l0.9EcI/l(m)(mm)()()()123.60.40.60.007214.412.960.50.50.005210.49.36353.60.40.60.007218.516.650.50.50.005213.311.97 走廊梁自重0.300.625=4.5 kN/m走廊梁侧粉刷:2(0.6-0.10)0.02170.34 kN/m走廊横梁的梯形线荷载合计:4.84 kN/m走廊横梁的三角形线荷载合计:10.48kN/m荷载计算:集中荷载次梁传来的集中荷载:屋面:板传来的恒载:4.96.632.34kN/m次梁自重:0.25(0.550.12)252.7 kN/m次梁粉刷:0.02(0.55-0.12)2170.3 kN/m6.632.340.52.73.30.33.3116.6KN楼面:板传来的恒载:3.886.625.61 kN/m次梁自重:0.25(0.550.12)252.7 kN/m次梁粉刷:0.02(0.55- 0.12)2170.3 kN/m6.625.610.52.73.30.33.394.41KN屋面框架节点集中荷载:边柱联系梁自重:0.30.66.62529.7KN粉刷:0.02(0.6-0.12)26.6172.1KN女儿墙恒载: 0.240.9194.1 kN/m女儿墙上抹灰荷载:0.90.022170.06 kN/m边柱联系梁传来屋面荷载:0.53.36.6/24.928.68KN顶层边节点集中荷载合计:64.64KN中柱联系梁自重:0.30.66.62529.7KN粉刷:0.02(0.6-0.12)26.6172.15KN联系梁传来的屋面板荷载:0.56.62.7/24.9=21.8 KN0.56.63.3/24.9=26.7 KN顶层中节点集中荷载合计:80.4KN楼面框架节点集中荷载:边柱联系梁自重:0.30.66.62529.7KN粉刷:0.02(0.6-0.12)26.6172.15KN塑钢窗:5 KN窗下墙体自重:0.31.26.69.622.8KN窗下墙体粉刷自重:20.021.26.6175.4KN框架柱自重:0.50.53.62522.5KN框架柱粉刷自重:(0.5+0.5)20.023.617=2. 5KN5.1.5 楼面层梁上作用的恒载在上图中,gk1、gk1分别代表横梁自重,是均布荷载形式;gk2和gk2分别代表房间和走廊传给横梁的两个三角形荷载和三角形荷载,gk代表跨中次梁集中荷载。gk1 =14.83kN/mgk2 =25.61 kN/mgk1 =4.83kN/m gk2 =10.48 kN/mgk2、gk2代表房间和走廊传给横梁的梯形、三角形荷载和跨中集中荷载,需要将其转化为等效均布荷载。三角形荷载 梯形荷载 横向框架恒荷载:楼面板:23+6.55=29.55kN/m (8.1m跨)6.08+3.2=9.28 kN/m (2.7m跨)5.1.6 恒载内力计算分层法的计算要点:作用在某一层的框架梁上的竖向荷载只对本楼层的梁和与本层梁相连的框架柱产生弯矩和剪力,而对其他层框架和隔层的框架柱都不产生弯矩和剪力。除底层以外的其它各层柱的线刚度均乘折减系数0.9。除底层以外的其它各层柱的弯矩传递系数取1/3。0.655 0.638 0.120 37.85 0.345 0.242 -179.00 179.00 -7.28 48.70 92.45 46.23 -69.52 -139.05 -52.74 -26.15 26.15 23.99 45.54 22.77 -14.53 -5.51 -2.73 2.73 72.68 -110.53 94.42 -58.25 -36.17 28.89 24.23 -19.42 顶层弯矩分配(单位KNM)28.79 -20.53 6.53 -1.20 22.26 -19.32 86.38 -61.59 19.60 -3.61 66.78 -57.97 0.195 0.257 0.486 0.513 0.097 -20.10 0.257 0.195 -239.75 239.75 -5.60 66.78 126.29 63.14 -76.26 -152.51 -57.97 -28.84 28.84 19.60 37.06 18.53 -9.51 -3.61 -1.80 1.80 86.38 -152.66 159.41 -61.59 -36.23 30.63 28.79 -20.53 标准层弯矩分配(单位KNM)30.05 -21.30 7.01 -1.33 23.04 -19.98 90.16 -63.91 21.04 -3.99 69.12 -59.93 0.200 0.266 0.504 0.528 0.098 -20.10 0.230 0.174 -239.75 239.75 -5.60 59.77 130.96 65.48 -79.10 -158.21 -52.14 -29.36 29.36 18.19 39.87 19.93 -10.53 -3.47 -1.95 1.95 77.96 -148.02 156.44 -55.60 -36.92 31.32 25.99 -18.53 底层弯矩分配(单位KNM)节点弯矩二次调整:节点各构件分配到的弯矩分别为:将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图0.655 0.638 0.120 0.345 0.242 28.79 -18.86 13.10 -20.53 2.46 -9.93 -110.53 94.42 4.97 -36.17 72.68 -58.25 91.54 -129.39 107.52 -73.81 -33.71 第四层框架边柱节点,上层和下层框架传来弯矩分别是24.23 kNm,28.79kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为: 第四层框架中柱节点,上层和下层框架传来弯矩分别是-19.42 kNm、-20.53kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为: 将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图24.23 -19.42 -13.63 7.79 86.38 -61.59 96.98 -73.22 0.195 0.257 0.486 0.513 0.097 0.257 0.195 28.79 -25.77 20.49 -20.53 3.88 -13.63 -152.66 159.41 7.79 -36.23 86.38 -61.59 101.54 -178.43 179.90 -74.33 -32.35 第四层二次弯矩分配(单位KNM)第三层框架边柱节点,上层和下层框架传来弯矩分别是28.79 kNm,28.79kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为: 第三层框架中柱节点,上层和下层框架传来弯矩分别是-20.53kNm、-20.53kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为: 将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图28.79 -20.53 -14.80 8.01 86.38 -61.59 100.37 -74.11 0.195 0.257 0.486 0.513 0.097 0.257 0.195 28.78 -27.98 21.06 -20.53 3.98 -14.80 -152.66 159.41 8.01 -36.23 86.38 -61.59 100.36 -180.64 180.47 -74.11 -32.25 三层二次弯矩分配(单位KNM)第二层框架边柱节点,上层和下层框架传来弯矩分别是28.79 kNm,30.05kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为: 第二层框架中柱节点,上层和下层框架传来弯矩分别是-20.53 kNm、-21.30 kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为: 将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图28.79 -20.53 -15.12 8.16 86.38 -61.59 100.05 -73.96 0.195 0.257 0.486 0.513 0.097 0.257 0.195 30.05 -28.60 21.46 -21.30 4.06 -15.12 -152.66 159.41 8.16 -36.23 86.38 -61.59 101.31 -181.26 180.87 -74.73 -32.17 二层二次弯矩分配(单位KNM)底层框架边柱节点,上层框架传来弯矩是28.79kNm,。节点各构件分配到的弯矩分别为: 底层框架中柱节点,上层框架传来弯矩是-20.53 kNm。节点各构件分配到的弯矩分别为: 将分配到的不平衡弯矩与节点弯矩相加得到节点的平衡弯矩。见下图28.79 -20.53 -7.66 4.11 90.16 -63.91 111.29 -80.33 0.200 0.266 0.504 0.52
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