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第二章浅浅基础设计计2.1概述2.2浅基础类型型2.3基础埋置深深度的选择择2.4地基承载力力的确定2.5基础底面尺尺寸的确定定2.8墙下钢筋混混凝土条形形基础设计计2.9减轻建筑物物不均匀沉沉降的措施施2.6地基特征变变形验算和和基础底面面尺寸调整整2.7地基与基础础设计的基基本规定2.1概述地基基础设设计必须根根据建筑物物的用途和和安全等级级、平面布布置和上部部结构类型型,充分考考虑建筑场场地和地基基岩土条件件,结合施施工条件以以及工期、、造价等各各方面要求求,合理选选择地基基基础方案,,因地制宜宜、精心设设计,以保保证建筑物物的安全和和正常使用用。一、选择地地基基础类类型,主要要考虑两方方面因素::1、建筑物的的性质;2、地基的地地质情况。。二、天然地地基上的浅浅基础:做在天然地地基上,埋埋置深度小小于5米的一般基基础(柱基基或墙基))以及埋置置深度虽超超过5米,但小于于基础宽度度的大尺寸寸基础(如如箱形基础础),在计计算中基础础的侧面摩摩擦力不必必考虑,统统称为天然地基上上的浅基础础。地基基础设设计的基本本原则1.防止地基土土发生剪切切破坏和丧丧失稳定性性,应具有有足够的安安全度;2.控制地基的的变形量,,使之不超超过建筑物物的地基特特征变形允允许值;3.基础本身应应具有足够够的强度、、刚度和耐耐久性。三、地基基基础方案1.天然地基上上的浅基础础;2.人工地基上上的浅基础础;3.天然地基上上的深基础础、桩基础础。2.1概述2.1概述人工地基::加固上部土土层,提高高土层的承承载力,再再把基础做做在这种经经过人工加加固后的土土层上。这这种地基叫叫做人工地地基。桩基础:在地基中打打桩,把建建筑物支撑撑在桩台上上,建筑物物的荷载由由桩传到地地基深处较较为坚实的的土层。这这种基础叫叫做桩基础础。深基础:把基础做在在地基深处处承载力较较高的土层层上。埋置置深度大于于5m或大于基础础宽度。在在计算基础础时应该考考虑基础侧侧壁摩擦力力的影响。。这类基础础叫做深基基础。四、常规设设计:常用浅基础础体型不大大、结构简简单,在计计算单个基基础时,一一般既不遵遵循上部结结构与基础础的变形协协调条件,,也不考虑虑地基与基基础的相互互作用。这这种简化法法也经常用用于其它复复杂基础的的初步设计计,称为常规设计。五、浅基础础设计内容容及步骤1.了解拟建场场地工程地地质条件的的基础上,,合理选择择基础类型型、平面布布置及埋深深;2.按地基承载载力确定基基础底面尺尺寸;3.进行必要的的地基稳定定性和变形形验算;4.基础结构的的内力分析析和截面设设计,并绘绘制施工图图。2.1概述六.地基、基础础与上部结结构相互作作用的概念念(一)、基本概念念常规设计法法是把上部部结构、基基础与地基基三者作为为彼此离散散的独立结结构单元进进行力学分分析(如图图6-1)。不难看出出常规设设计法有有不合理理之处,,因为地地基、基础和上上部结构构沿接触触面分离离后,虽虽然满足足静力平平衡但却完全全忽略了了三者之之间受荷荷前后的的变形连连续性。。其实,地地基、基基础和上上部结构构三者是是相互联联系成整整体来承承担荷载载而发生生变形的的。这时时,三部部分都将将按各自自的刚度度对变形形产生相相互制约约的作用用,从而而使整个个体系的的内力((包括柱柱脚和基基底的反反力)和和变形((包括基基础沉降降)发生生变化。。显然,,当地基基软弱、、结构物物对不均均匀沉降降敏感时时,上述述常规分分析结果果与实际际情况的的差别就就愈大。。由此可见见,合理理的分析析方法,,原则上应应该以地地基、基基础、上上部结构构之间必必须同时时满足静静力平衡衡和变形形协调两两个条件件为前提提。只有这样样,才能能揭示它它们在外外荷作作作用下相相互制约约、彼此此影响的的内在联联系,从从而达到到安全、、经济的的设计目目的。六.地基、基基础与上上部结构构相互作作用的概概念(二)、地基和和基础的的相互作作用(1)基础刚刚度对基基底压力力的影响响1.柔性基础础柔性基础础的抗弯弯刚度很很小。它它好比放放在地上上的柔软软薄膜,,可以随随着地基基的变形形而任意意弯曲。。基础上上任意一一点的荷荷载传递递到基底底时不可可能向旁旁边扩散散分布,,象直接接作用在在地基上上一样。。基底反反力分布布与作用用于基础础上的荷荷载分布布完全一一致,均均布荷载载下柔性性基础的的基底沉沉降是中部大、边沿小。(a)(b)六.地基、基基础与上上部结构构相互作作用的概概念6-32.刚性基础础刚性基础础具有非非常大的的抗弯刚刚度,受受荷后基基础不挠挠曲,因因此,原原来是平平面的基基底,沉沉降后仍仍然保持持平面(如图6-3)。此处处把刚性性基础能能跨越基基底中部部,将所所承担的的荷载相相对集中中地传至至基底边边缘的现现象叫做做基础的的“架越作用用”。六.地基、基基础与上上部结构构相互作作用的概概念3.基础相对刚度的影响6-66-7结论:基础相对刚度越大,架越作用越明显,基底压力分布与上部荷载分布越不一致。六.地基、基基础与上上部结构构相互作作用的概概念6-81.地基压缩性不均匀的影响(2)地基非均质性的影响六.地基、基基础与上上部结构构相互作作用的概概念2.不均匀地地基上荷荷载分布布不同的的影响图6-9六.地基、基基础与上上部结构构相互作作用的概概念(三)、上部结结构刚度度的影响响上部结构构刚度::整个上部部结构对对基础不不均匀沉沉降或挠挠曲的抵抵抗能力力,或称称整体刚刚度。(1)柔性结结构如排架结结构等,,由于屋屋架铰接接于柱顶顶,整个个承重体体系对基基础的不不均匀沉沉降有很很大的顺顺从性,,故基础础的沉降降差不会会引起主主体结构构的附加加应力,,传给基基础的柱柱荷载也也不因此此而有所所变动。。结构与与地基变变形之间间并不存存在彼此此制约、、相互作作用的关关系。这这类结构构最适合合按常规规方法设设计。六.地基、基基础与上上部结构构相互作作用的概概念(2)敏感性性结构最常见的的砖石砌砌体承重重结构和和钢筋混混凝土框框架结构构,对基基础不均均匀沉降降的反应应都很灵灵敏,故故称之为为敏感性性结构。。此类结结构应考考虑相互互作用的的影响。。(3)刚性结结构烟囱、水水塔、高高炉、筒筒仓这类类的高耸耸结构物物之下整整体配置置的独立立基础与与上部结结构浑然然一体,,使整个个体系具具有很大大的刚度度,当地地基不均均匀时,,基础转转动倾斜斜,但几几乎不会会发生相相对挠曲曲。这类类结构也也可采用用常规设设计。六.地基、基基础与上上部结构构相互作作用的概概念2.2浅基础的的类型可按照基础材料、构造类型、受力特点分类。一、按材料分:1、砖基础:大放角基础。两皮一收或两皮一收与一皮一收相间。注意对材料的最底要求。2、毛石基础:毛石:未经加工整平的石料。注意其构造要求及台阶高宽比要求。3、灰土基础:依体积比分为3:7灰土、2:8灰土,灰土干重度≥14.5~15.5KN/m,容许承载力可达250~300KPa。3应:捏紧成团,落地开花。2.2浅基础的的类型优点:施工简便便,造价价便宜,,可节约约水泥、、砖石材材料。缺点:在水中硬硬化慢,,早期强强度低,,抗水性性差,抗抗冻性差差。一般般只用于于冰冻线线以下,,地下水水位以上上。4、灰浆碎碎砖三合合土基础础。石灰、砂砂、骨料料体积比比为1:2:4~1:3:6。5、混凝土土和毛石石混凝土土基础。。6、钢筋混混凝土基基础。二、按构构造类型型分:1、条形基基础:长长度远大大于宽度度的基础础。2、独立基基础。3、联合基基础:4.柱下条形形基础,,柱下十十字交叉叉条形基基础,筏筏板基础础,箱形形基础。。2.2浅基础的的类型扩展基础础:配筋或不不配筋的的墙下条条形基础础和单独独柱基础础。(一)无无筋扩展展基础((刚性基基础)1、材料::砖、毛毛石、灰灰土或三三合土。。2、构造要要求(保保证抗拉拉、剪强强度)::2.2浅基础的的类型(二)钢钢筋混凝凝土扩展展基础1、特点::抗弯、、剪性能能好。2、形式::墙下和和柱下钢钢筋混凝凝土扩展展基础。。2.2浅基础的的类型联合基础础1、型式2.2浅基础的的类型独立基础壳体的设计及构造见《建筑地基基础设计规范》。2.2浅基础的的类型三、按受受力性能能分:1、刚性基基础:指受压极极限强度度较大,,而受弯弯、受拉拉极限强强度较小小的材料料所建造造的基础础。2、柔性基基础:指钢筋混混凝土基基础。利利用其抗抗弯、抗抗拉性能能。不受受台阶宽宽高比限限制,可可宽基浅浅埋。3、内力计计算(1)按直线线分布假假定计算算基底静静反力(2)按混凝凝土规范范对基础础高度和和变阶处处进行受受冲切和和受剪切切承载力力验算;;(3)锥形基基础的边边缘高度度不小于于200mm,阶梯形形基础的的阶高宜宜为300~500mm;(4)确定底底板受力力钢筋时时,任意意截面的的弯矩计计算:对距形基础,当台阶高宽比且荷载偏心距时,任意截面及的弯距按下式计算:(5)构造:混凝土强度等级不低于C15,底板受力钢筋不小于8mm,@≤200mm,混凝土保护层厚度有垫层时不小于35mm,无垫层时不小于70mm。2.3基础埋置置深度的的选择一、概念念:1、基础埋埋置深度度:是指基础础底面至至地面((一般指指设计地地面)的的距离。。2、基础埋埋深选择择的意义义:影响:建建筑物的的安全和和正常使使用;基基础施工工技术措措施;施施工工期期;工程程造价。。安全方面面:对高高层稳定定、滑移移的影响响;地基基强度、、变形的的影响;;基础由由于冻胀胀或水影影响下的的耐久性性。3、基础埋埋深选择择的原则则:在保证建建筑物安安全、稳稳定、耐耐久使用用的前提提下,应应尽量浅浅埋,以以便节省省投资,,方便施施工。除除基岩外外,一般般不宜小小于0.5米。另外外,基础础顶面应应底于设设计外地地面100mm以上,以以避免基基础外露露。2.3基础埋置置深度的的选择二、影响响基础埋埋深的因因素:1、建筑物物类型及及基础构构造:A、类型主主要指高高层与非非高层之之分。B、基础构构造,针针对基础础类别、、用途等等。2、基础础上荷荷载大大小及及性质质:A、荷载载大小小与地地基承承载力力间的的关系系导致致持力力层选选择发发生变变化。。B、建筑筑物类类型不不同,,其所所受荷荷载性性质发发生变变化,,从而而对基基础埋埋深产产生影影响。。eg,高层建建筑::水平平力作作用;;输电电塔::上拔拔力作作用;;砖窑窑:高高温作作用;;冷库库:低低温作作用;;受动动力荷荷载基基础::对持持力层层土要要求,,不宜宜为饱饱和疏疏松的的粉细细砂((振动动液化化)。。2.3基础埋埋置深深度的的选择择3、工程程地质质条件件A、工程程地质质条件件不同同,基基础的的埋深深有较较大差差别,,要合合理选选择持持力层层以保保证建建筑物物的安安全和和经济济性。。B、土层层不均均匀时时可分分段采采用不不同埋埋深。。对建建于边边坡上上的基基础((如上上图)),其其埋深深应满满足下下式::X取3.5m(条形形基础础)或2.5m(距形形或圆圆形基基础))4、水文地质条件1、尽量将基础置于地下水位以上。2、防止流砂;3、防止地基因挖土减压而隆起开裂;应控制承压含水层顶面的有效应力大于0。2.3基础埋埋置深深度的的选择择5、地基基土冻冻胀和和融陷陷条件件对于埋埋置于于可冻冻胀土土中的的基础础,其其最小小埋深深应由由下式式确定定:—标准冻冻深;;—采暖对对冻深深的影影响系系数—基底下下允许许残留留冻土土层的的厚度度。2.3基础埋埋置深深度的的选择择z-maxhd=dmin(GB50007-2002)(GBJ7-89)maxhdz—设计冻冻深;;—基底下下允许许残留留冻土土层的的最大大厚度度。2.3基础埋埋置深深度的的选择择=zdz0.yzs.yzw.yze—标准冻深;系采用在地表平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于10年实测最大冻深的平均值。当无实测资料时,按规范附录F采用。—土的类别对冻深的影响系数。—土的冻胀性对冻深的影响系数。—环境对冻深的影响系数。z0yzsyzwyze6、场地地环境境条件件最小埋埋深不不小于于0.5米,且且不超超过相相邻建建筑基基础的的底面面,否否则,,与相相邻基基础的的净距距应大大于该该相邻邻基础础底面面高差差的1~2倍。经验公公式:相邻建建筑物物基础础埋深深的影影响2.4地基承承载力力的确确定1、地基基承载载力::地基在在保证证其稳稳定的的前提提下,,满足足建筑筑物各各类变变形要要求时时的承承载能能力。。2、地基基承载载力的的确定定方法法:a、根据据《规范》表格确确定;;b、按静静载荷荷试验验方法法确定定;c、根据据土的的强度度理论论计算算确定定;d、根据据相邻邻条件件相似似的建建筑物物经验验确定定。2.4地基承承载力力的确确定一、按土的抗剪强度指标确定(一)魏锡克公式承载力设计值按下式计算:—折减系数;—有效面积;—基础实际面积。—安全系数2~3。(二)规范推荐的理论公式长期承载力设计值:短期承载力设计值:(三)几点说明(1)理论公式计算承载力的正确与否关键是抗剪强度参数的选取;(2)地下水位土体采用计算承载力;(3)理论公式没有考虑变形的要求,此时必须进行地基变形验算。2.4地基承承载力力的确确定二、按按地基基载荷荷试验验确定定承载力力实测测值::对低压压缩性性土::或(当对高压压缩性性土::承载力力标准准值::对同一一层土土,选选取三三个以以上的的试验验点,,如所所得的的实测测值的的极差差不超超过平平均值值的30%,则取取平均均值作作为地地基承承载力力特征征值。。2.4地基承承载力力的确确定(0.02)(1.5)2.4地基承承载力力的确确定三、软弱下卧层验算

当地基受力层范围内存在软弱下卧层时,还必须对下卧层进行验算。基底压力标准值;基底处自重压力值;应力扩散角(表7-14);pcpczpz2.5基础底底面尺尺寸的的确定定一、按按地基基持力力层的的承载载力计计算基基底尺尺寸设计时时,先先选定定埋深深d并初步步选择择基底底尺寸寸,求求得持持力层层承载载力设设计值值fa,在按按下列列条件件验算算并调调整尺尺寸直直至满满足设设计要要求。。Pk≤fa1、对于于中心心受压压基础础:Pk——相应于于荷载载效应应标准准组合合时,,基础础底面面处的的平均均压力力值。。fa——修正后后的地地基承承载力力特征征值。。2.5基础底底面尺尺寸的的确定定dfaFkAGg-≥dfaFkbGg-(矩形形)(条形形)Fk——相应于于荷载载效应应标准准组合合时,,上部部结构构传至至基础础顶面面的竖竖向力力值。。Gk——基础自自重和和基础础上的的土重重。AGkFkpk+=A——基础底底面面面积。。≥注意::d为基础础平均均埋深深。算法::涉及到到fa的宽度度修正正。1、先假假定B≤3m,不做做宽度度修正正。2、如果果B>3m,则再再考虑虑宽度度修正正。2、对于于偏心心受压压基础础:同时满满足::2.5基础底底面尺尺寸的的确定定Pk≤faMk——相应于于荷载载效应应标准准组合合时,,作用用于基基础底底面的的力矩矩值。。由上式式得::afW2.1MK≤+kpmax=AGkFk+即:2.5基础底底面尺尺寸的的确定定—折减系数(0.6~1);kpmax=3laGk)2(Fk+算法::1、按中中心受受压计计算,,求出出A0。2、令A=(1.1~1.4)A0。3、验证证Pkmax≤≤1.2fa或:1、令2、验证证Pkmax≤≤1.2fa,求出A0。若不满满足,,适当当调整整,再再验算算,直直到适适合为为止。。当时相当于不考虑偏心的影响;当时表示由于荷载偏心较大,应该限制基底平均压力,使之不超过未考虑偏心影响的地基承载力的60%。2.5基础底底面尺尺寸的的确定定2.6地基特特征变变形验验算和和基础础底面面尺寸寸调整整一、地地基特特征变变形验验算(一))地基基变形形特征征1、沉降降量::基础础某点点的沉沉降值值;2、沉降降差::基础础两点点或相相邻柱柱基中中点的的沉降降量之之差;;3、倾斜斜:基基础倾倾斜方方向两两端点点的沉沉降差差与其其距离离的比比值;;4、局部部倾斜斜:砌砌体结结构沿沿纵向向6~10m内基础础两点点的沉沉降差差与其其距离离的比比值。。(二))地基基变形形的控控制1、砖混结构:应控制局部倾斜值小于0.002~0.003;2、排架结构:应控制柱基的沉降量和沉降差;3、框架结构:应控制相邻柱基的沉降差;4、多高层建筑:应控制倾斜值;5、高耸结构物:应控制倾斜和沉降量;2.6地基特特征变变形验验算和和基础础底面面尺寸寸调整整(三))地基基变形形验算算范围围凡属下下列情情况之之一者者,尚尚需验验算地地基特特征变变形是是否超超过允允许值值:(1)安全全等级级为一一级的的建筑筑物;;(2)表3.0.2所列范范围以以外的的二级级建筑筑物;;(3)表3.0.2所列范范围以以内有有下列列情况况的二二级建建筑物物:1)地基基承载载力标标准值值小于于130,且体体型复复杂的的建筑筑;2)附近近有地地面堆堆载或或相邻邻基础础荷载载差异异较大大;3)软弱弱地基基上的的相邻邻建筑筑距离离过近近,可可能发发生倾倾斜时时;4)地基基内有有厚度度较大大或厚厚薄不不均的的填土土,其其自重重固结结未完完成时时;2.6地基特特征变变形验验算和和基础础底面面尺寸寸调整整二、按允许沉降调整基础底面尺寸(一)基本概念均质地基上矩形基础的沉降量:基底平均附加压力:得:(6-30a)(6-30b)2.6地基基特特征征变变形形验验算算和和基基础础底底面面尺尺寸寸调调整整

假设对建筑物下荷载不同的柱基础群,按一个统一的承载力设计值f来确定所有基础的基底尺寸,则各基础的基底附加压力均为:设:不变,为常数,由式(6-30a)看出,基础底面尺寸越大,其沉降量也越大。所以,从减少沉降差的角度看,单纯按承载力确定基础底面尺寸的设计方法就未必合理了,在一定条件下调整基底尺寸有其必要性。2.6地基基特特征征变变形形验验算算和和基基础础底底面面尺尺寸寸调调整整

就一个柱基而言,其荷载F不变。从式(6-30b)看,增大底面尺寸反而可以减少沉降量,按照这一概念,对于承受一定柱荷载的基础,可以通过改变底面尺寸来改变沉降量的目的。这就提供了调整不同柱基间的沉降差的可能性。(二)以迭代法调整基础底面尺寸设有两基础j、k分别受中心荷载作用:jk2.6地基基特特征征变变形形验验算算和和基基础础底底面面尺尺寸寸调调整整表示示k基础础承承受受单单位位荷荷载载时时,,在在j基础础中中心心引引起起的的沉沉降降。。沉降降量量表表达达式式::jk设k基础础的的沉沉降降较较大大,,K、j两基基础础的的沉沉降降差差为为::2.6地基基特特征征变变形形验验算算和和基基础础底底面面尺尺寸寸调调整整如且按相同f的值选定了和则只能将增大为,使的。此时,k基础基底附加压力减小为,与底面尺寸有关的沉降影响系数相应地改变为由此得:由于均为未知数,故无法直接求得,采用迭代法才能求得,步骤如下:2.6地基基特特征征变变形形验验算算和和基基础础底底面面尺尺寸寸调调整整(1)由上式得:(第一次迭代)(2)计算近似解(3)由代入上式计算(4)如前后两次计算结果满足下列条件:以作为最终结果2.6地基基特特征征变变形形验验算算和和基基础础底底面面尺尺寸寸调调整整对地地基基与与基基础础设设计计的的要要求求::1、基基础础设设计计应应进进行行基础础强强度度计算算,,以以保保证证基基础础在在足足够够的的强强度度、、刚刚度度和和耐耐久久性性。。2、各各级级建建筑筑物物的的地地基基均均应应进进行行地基基承承载载力力计计算算,P≤≤fa。3、下下列列建建筑筑物物的的地地基基还还应应进进行行地地基基变形形计算算;;1)一一级级建建筑筑物物;;2)表7-3范围围以以外外的的二二级级建建筑筑物物。。4、对对经经常常受受水水平平荷荷载载作作用用的的高高层层建建筑筑和和高高耸耸结结构构,,以以及及建建造造在在斜斜坡坡上上的的建建筑筑物物和和构构筑筑物物,,尚尚应应验验算算其其稳定定性性。2.7地基基与与基基础础设设计计的的基基本本规规定定地基基与与基基础础设设计计时时,,应应使使变变形形不不超超过过房房屋屋和和构构筑筑物物的的容容许许允允许许值值。。S≤≤〔〔S〕〕计算算地地基基变变形形时时,,传传到到基基础础底底面面上上的的荷荷载载效效应应应应按按正正常常使使用用极极限限状状态态下下荷荷载载效效应应的的准准永永久久组组合合,,不计计入入风风荷荷载载和和地地震震作作用用。相相应应的的限限值值为为地地基基变变形形允允许许值值。。在工工业业与与民民用用建建筑筑工工程程中中,,地基基的的强强度度问问题题一一般般不不大大,,常常常常以以变变形形作作为为控控制制条条件件。而而对对受受有有很很大大水水平平荷荷载载或或建建在在斜斜坡坡上上的的建建筑筑物物((构构筑筑物物));;地地基基稳稳定定将将成成为为主主要要问问题题。。要要求求具具有有足足够够的的抗倾倾覆覆及及抗抗滑滑的能能力力。。2.8墙下下钢钢筋筋混混凝凝土土条条形形基基础础设设计计一、、构构造造要要求求::二、、底底板板厚厚度度和和配配筋筋计计算算::(一一))中中心心受受压压::1、底底板板厚厚度度::按按混混凝凝土土受受剪剪承承载载力力确确定定。。V≤≤0.07fch0,即h0≥v/0.07fc或V≤≤0.7fth0即h0≥v/0.7fth0—基础底板有效厚度。设垫层时,h0=h-40-0.5φ,不设垫层时,h0=h-70-0.5φfc—混凝土轴心抗压强度设计值。2、底底板板配配筋筋::As=M/(0.9fyh0)ft—混凝凝土土轴轴心心抗抗拉拉强强度度设设计计值值。。2.8墙下下钢钢筋筋混混凝凝土土条条形形基基础础设设计计(一一))偏偏心心受受压压::净反反力力偏偏心心距距::en0=M/F(≤≤b/6)Pnmax=F/b××(1+6en0/b)Pnmin=F/b××(1-6en0/b)Pnmin=F/b××(1-6en0/b)支座座1-1处::Pn1=Pnmin+(b+a)/2b×(Pnmax-Pnmin)求解解M,V时,,可可令令Pn=0.5(Pnmax+Pn1)2.9减轻轻建建筑筑物物不不均均匀匀沉沉降降的的措措施施一、、不不均均匀匀沉沉降降的的危危害害1、墙墙体体裂裂缝缝;;2、梁梁板板拉拉裂裂;;3、构构配配件件损损坏坏;;4、影影响响正正常常使使用用。。二、防止止的方法法1、采用筏筏基或箱箱基;2、采用深深基础;;3、地基处处理;4、在建筑筑、结构构和施工工方面采采取措施施。前三种方方法造价价较高,,同时需需要具备备一定的的施工条条件。如如能在建建筑、结结构和施施工方面面采取一一些措施施,可减减少对地地基的处处理,收收到经济济、技术术效果。。三、建筑筑措施(一)建建筑物的的体型应应力求简简单;(二)控控制长高高比及合合理布置置墙体;;(三)

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