フレーミング(建設)

タワークレーンのある建設現場のプレハブ骨組み壁
マレーシアのサバ州における木造建築
2023年、ミネソタ州ロジャースの住宅地の建設計画

建設におけるフレーミングとは、特に建物において、構造物、特に支持構造や形状を形成するために部材を組み合わせることです。 [ 1 ]フレーミング材は通常、木材エンジニアードウッド、または構造用鋼材です。フレーム工法の代替として、一般的にマスウォール工法と呼ばれる工法があります。これは、ログハウス石積み、版築、アドベなどの材料を水平方向に積み重ねフレーミングなしで構造物を構成するものです。

建物のフレーミングは、大きく分けて2つのカテゴリーに分けられます。1つは木造フレーミングポールビルディングフレーミングスチールフレーミングのように垂直方向の支持部が少なく重いフレーム構造(重フレーム) 。もう1つは、バルーンフレーミングプラットフォームフレーミング、軽量スチールフレーミング、プレビルドフレーミングのように支持部が多く小さい軽量フレーム構造(軽量フレーム)です。標準化された寸法の木材を使用する軽量フレーム構造は、その経済性から北米オーストラリアでは主流の建設方法となっています。最小限の構造材料を使用することで、建設業者は最小限のコストで広い面積を囲みながら、多種多様な建築様式を実現できます。

現代の軽量フレーム構造は、通常、剛性パネル(壁の全体または一部を形成するために使用される合板や、配向性ストランドボード(OSB)などの合板に似た複合材)によって強度を得ていますが、最近まで大工は壁を安定させるために様々な斜めブレースを採用していました。斜めブレースは多くの屋根システムの重要な内装部品であり、壁内風ブレースは多くの自治体の建築基準法、または米国の各州法で義務付けられています。建物が地震工学および風工学の要件を満たすために、特殊なフレーム構造のせん断壁が一般的になりつつあります。

歴史

歴史的に、人々は自然な形をした木の棒を組み立てて骨組みとし、次にジョイントを使って木材をつなぎ合わせ始めました。この方法が今日では伝統的な木造枠組みまたはログ枠組みと呼ばれています。米国では、1830 年代から木造枠組みはバルーン枠組みに取って代わられました。バルーン枠組みでは、ポストと呼ばれる少数の重いサポートではなく、スタッドと呼ばれる多数の軽量壁部材を使用します。バルーン枠組みのコンポーネントは、建具を使用して取り付けるのではなく、釘で固定されます。バルーン フレームのスタッドは、敷居からプレートまで 2 階分伸びています。プラットフォーム枠組みはバルーン枠組みに取って代わり、今日では標準的な木造枠組みの方法となっています。この名前は、各階が個別のユニットまたはプラットフォームとして組み立てられることに由来しています。工場で製造された壁や床の使用は、時間の節約とコスト効率のために人気が高まっています。(プレファブリケーション) 壁は通常、施設で製造され、その後さまざまな現場に出荷されます。このフレーミングプロセスにより、現場でのフレーミングの速度が向上しました。

20世紀以前のスカンジナビアでは、木材の豊富な供給、安価な労働力、そして丸太の断熱性の優秀さから、木造軸組工法はほとんど用いられませんでした。そのため、木造軸組工法は当初、農家、離れ、夏の別荘といった暖房のない建物に用いられ、壁断熱の発達によって住宅にも用いられるようになりました。[ 3 ]

バルーンフレームの要素

住宅建設における壁の枠組みには、外壁と内部の間仕切りの垂直部材と水平部材、耐力壁と非耐力壁の両方が含まれます。これらの棒状の部材は、スタッド壁プレートまぐさヘッダーと呼ばれることもあります)と呼ばれ、すべての被覆材の釘打ち台として機能し、壁に沿って横方向の強度を提供する上階のプラットフォームを支えます。プラットフォームは、天井と屋根の箱型構造、または上の階の天井根太と床根太です。 [ 4 ]建築業界では、この技法は、スティック フレーミングスティック アンド プラットフォームスティック アンド ボックスなど様々に呼ばれます。これは、棒(スタッド)が構造に垂直方向の支持を与え、長い柱とまぐさ(より一般的にはヘッダーと呼ばれる)内に含まれる根太を持つ箱型の床部分が、上にあるもの(上の壁と最上階の屋根を含む)の重量を支えるためです。プラットフォームは、風に対して横方向の支持も提供し、棒状壁を真っ直ぐに保ちます。下部プラットフォームは、そのコンポーネント ヘッダーとジョイストのレベルより上のプラットフォームと壁の重量を支えます。

一部の国では、フレーミング材には等級認定印と19%を超えない含水率を要求する規制基準が適用されています。 [ 5 ]

家を建てるには歴史的に一般的な 4 つの方法があります。

  • 柱と梁。現在では主に納屋の建設に使用されています。
  • ブレースフレーム構造は、フルフレーム、ハーフフレーム、[ 6 ]ニューイングランドブレースフレーム、[ 7 ]コンビネーションフレーム[ 8 ]とも呼ばれ、1940年代まで米国北東部で生き残った軽量フレーミングの初期の形態であり、[ 9 ]ガート、コーナーポスト、ブレースの継続的な使用によって定義され、ほとんどの場合、ほぞ穴、ほぞ継ぎ、釘打ちスタッドで固定されます。[ 8 ]
  • バルーンフレーミングは、床を壁から吊り下げる技術で、1940年代後半まで一般的でしたが、それ以降はプラットフォームフレーミングが住宅建設の主流となりました。[ 10 ]
  • プラットフォームフレームでは、多くの場合、床下地の上に水平に壁セクションを組み立ててから組み立てます。これにより、スタッドの位置決めが容易になり、精度が向上すると同時に、必要な人員を削減できます。上部プレートと下部プレートは、各スタッドに2本の釘でエンドネイルで固定されます。釘打ちは、少なくとも3本です。+長さ14 インチ(83 mm)( 16dまたは16ペニー釘)。開口部ではスタッドが少なくとも2本(柱を作る)に重ねられ、ジャックスタッドは外側のスタッドに貫通して釘打ちされるリンテル(ヘッダー)をはめ込むように切断される。 [ 10 ]
防水テープ付き防湿シース

壁の下地材は、通常は合板などの積層材で、組み立て前に骨組みに貼り付けられるため、足場が不要になり、やはりスピードが上がり、人件費や経費が削減されます。アスファルト含浸繊維板合板配向性ストランドボードウエハーボードなどの外装下地材は、横方向の荷重に抵抗して壁を垂直に保つのに十分な補強材となります (ほとんどの地域の建築基準法では、硬い合板下地が求められています)。硬質ガラス繊維、アスファルトコーティング繊維板、ポリスチレンポリウレタンボードなどは、十分な補強材にはなりません。[ 4 ]後者の場合、壁は間柱に斜めの木製または金属製の補強材をはめ込んで補強する必要があります。[ 11 ]強風の影響を受ける地域(ハリケーン地帯、竜巻地帯)では、外部の耐候性被覆の種類やタイプに関係なく、地方条例または州法で一般に斜めの風防と硬い外部シースの両方が義務付けられます。

最後に、壁の外装の外側は、風雨から保護するため、また装飾上の理由から、 通常はサイディングで覆われます。

コーナー

少なくとも3本のスタッドからなるマルチスタッドポストは、一般的に外壁のコーナーや交差点で使用され、隣接する壁との接合部をしっかりと固定します。これは、内装仕上げ材や外装材の釘打ちを支える役割を果たします。ただし、コーナーや交差点は少なくとも2本のスタッドでフレームを構成する必要があります。[ 12 ]

壁と天井の接合部、つまり間仕切りが天井梁と平行に走る箇所では、天井の端を釘で固定する必要があります。この材料は一般にデッドウッドまたはバッキングと呼ばれます。[ 13 ]

外壁スタッド

住宅建設における壁の骨組みには、外壁と内間仕切りの垂直部材と水平部材が含まれます。これらの部材は、間柱、壁板、まぐさなどと呼ばれ、あらゆる被覆材の釘打ちの土台として機能し、上層階、天井、屋根を支えます。[ 4 ]

外壁スタッドは、壁のシースとクラッディングが取り付けられる垂直の部材です。[ 14 ]スタッドは底板または基礎土台に支えられ、さらに上板を支えます。スタッドは通常1つの+12 x 3+12インチ(38 mm × 89 mm)または1+12 x 5+12インチ(38 mm × 140 mm)の木材で、通常は中心間隔が16インチ(410 mm)です。この間隔は、荷重や使用する壁材の種類と厚さによる制限に応じて、中心間隔が12インチ(300 mm)または24インチ(610 mm)に変更される場合があります。幅広1+12 x 5+12インチのスタッドは、より多くの断熱材を入れるためのスペースを確保するために使用できます。3インチのスタッドに収まる以上の断熱材は、+12インチのスタッドスペースは、硬質または半硬質断熱材や1間のバットなどの他の手段によっても確保できます。+12 x 1+1⁄2インチ水平下地材、または剛性または半剛性の断熱材を間柱の外側に取り付けます。間柱は、 1インチの水平な上部および下部の壁板に取り付けられます。+間柱と同じ幅の12インチの木材。 [ 5 ]

内部の仕切り

、天井、または屋根の荷重を支える内部間仕切りは耐力壁と呼ばれます。その他のものは非耐力壁、または単に間仕切りと呼ばれます。内部耐力壁は外壁と同様に組み立てられます。間柱は通常1本です。+12 インチ ×  3+38 mm × 89 mmの木材を中心間隔16 インチ(410 mm)で並べる。この間隔は、支持する荷重や壁の仕上げの種類と厚さに応じて、300 mmまたは610 mm(12インチまたは24インチ)に変更することができる[ 12 ]

パーティションは1つで構築できます+12 インチ ×  2+12 インチ(38 mm × 64 mm)または1+12 インチ ×  3+壁仕上げの種類と厚さに応じて、 1 / 2 インチ(38 mm × 89 mm)のスタッドを16インチまたは24インチ(410 mmまたは610 mm)間隔で設置します。間仕切りにスイングドアがない場合は、 1+12 インチ ×  3+1/2インチ (38mm×89mm)のスタッドを、中心間隔16インチ(410mm)で、スタッドの幅広面を壁と平行にして使用することがありますこれは通常、クローゼットや戸棚を囲む間仕切りでスペースを節約する場合にのみ行われます。間仕切りで支える垂直荷重がないため、ドアの開口部には1本のスタッドを使用できます。開口部の上部は、 1本のスタッドで橋渡しすることができます。+ 間柱と同じ幅の38mm(1⁄2インチ)の木材。これらの部材は、壁仕上げ材、ドア枠、トリムの釘打ち用支持材として機能ます [ 12 ]

まぐさ(ヘッダー)

まぐさ(またはヘッダー)は、窓、ドア、その他の開口部に設置され、隣接する間柱に荷重を伝える水平部材です。[ 4 ]まぐさは通常、間柱の幅に合わせてスペーサーで区切られた2インチ(公称)(38 mm)の木材2枚で構成され、1つのユニットを形成するように釘付けされています。まぐさは主にスペーサーなしで釘付けされ、しっかりとした梁を形成し、残りの空洞を内側から断熱材で満たすことができます。スペーサーの材料としては硬質断熱材が適しています。[ 14 ]まぐさの深さは、開口部の幅と支える垂直荷重によって決まります。

壁セクション

プラットフォームフレームの典型的な壁断面
  1. 障害者
  2. ウィンドウヘッダー
  3. 天板/上壁板
  4. 窓枠
  5. スタッド
  6. 敷居板 / 底板 / 底板

次に、完成した壁セクションを持ち上げ、所定の位置に設置し、仮のブレースを追加し、底板を床下地を通して床フレーム部材に釘付けします。ブレースは、長い方の寸法が垂直になるようにし、壁の垂直位置を調整できるようにする必要があります。[ 11 ]

組み立てられたセクションの配管が完了したら、角と交差部を釘で固定します。ポリエチレンが気密バリアとして機能する場合、気密バリアの連続性を保つために、内壁と外壁の間、および内壁の最初のトッププレートの上に、ポリエチレンのストリップが配置されることがよくあります。[ 11 ]

次に、下側のプレートの接合部から少なくとも1スタッド間隔オフセットした2枚目のトッププレートを追加します。この2枚目のトッププレートは通常、コーナーと間仕切りの交点で1枚目のプレートと重なり、釘で固定することでフレーム壁への接合部をさらに強化します。2枚目のトッププレートがコーナーと間仕切りの交点で直下のプレートと重ならない場合は、幅76mm以上、長さ150mm以上の0.036インチ(0.91mm)の亜鉛メッキ鋼板を3本以上の釘で固定します+ 各壁に12インチ(64 mm)の釘を打ちます。 [ 11 ]

ブレースフレーム

ブレースフレーム工法は、フルフレーム、ハーフフレーム、[ 6 ]ニューイングランドブレースフレーム、[ 7 ]コンビネーションフレーム、[ 8 ]とも呼ばれ、それ以前のより重い木造フレームから発展した軽量フレームの初期の形式です。ガート、コーナーポスト、ブレースを継続的に使用することで特徴付けられます。部品はほぞ穴加工、ほぞ継ぎされ、ガートと敷居に釘付けされたスタッドで固定されます。[ 8 ]製材所が早くも導入されたため(ニューハンプシャーでは1635年)、[ 15 ]北アメリカの北東部のイギリス植民地では、1637年には既に木造フレームで、より重いコーナーの間に軽量スタッドが使用されていました。ノーマン・アイシャムは、「中間フレームなしで、敷居、プレート、桁に垂直の板材を張ってフレームを覆うこともあったが、多くの住宅では、重い木材の間の隙間にスタッドと呼ばれる軽量の垂直の棒が埋められている」と記している。[ 16 ] 19世紀初頭の釘製造産業の成長により、フレームの組み立てはさらに速くなり、最初の機械のいくつかは1700年代後半にマサチューセッツ州で開発された。マサチューセッツ州ニューベリーポートジェイコブ・パーキンスは、1日に1万本の釘を製造できる機械を発明した。[ 15 ]

ニューイングランドの 3 階建ての建物は、一般的にこの形式で建設されており、当時の建築許可証には「モルタルフレーム」と記されています。

1940年代まで米国北東部で使用され続けましたが[ 9 ] 、徐々にプラットフォームフレームに置き換えられました。

バルーンフレーミング

バルーンフレーミングの珍しい例:米国イリノイ州アデラインのジム・ケニー・ラウンド・バーン

バルーンフレーミングは、スカンジナビアカナダ、1950年代半ばまでのアメリカ合衆国、そしてイギリスのノーフォークにあるセットフォード・フォレスト周辺など、針葉樹林が豊富な地域で主に用いられた木造建築工法です。この名称は、フランス領ミズーリ州の建築様式「メゾン・アン・ブーラン( maison en boulin)」に由来します。 [ 17 ]ブーランとは、水平方向の足場を支えるフランス語です。19世紀には「シカゴ・コンストラクション」としても知られていました。[ 18 ]

バルーンフレーミングは、シルプレートからトッププレートまで続く長く連続したフレーム部材(壁スタッド)を使用し、中間床構造をそこに設置して釘付けにする。 [ 19 ] [ 20 ]ここでは、窓枠、ヘッダー、そして次の階の高さが、階柱 によってスタッドに記される。長尺材が豊富だった時代にはバルーンフレーミングが主流だったが、現在ではプラットフォームフレーミングに大きく取って代わられている。

アメリカ合衆国でバルーンフレーム工法を誰が導入したかは定かではない。しかし、バルーンフレーム工法を使用した最初の建物は、おそらく1832年にイリノイ州シカゴでジョージ・ワシントン・スノーかオーガスティン・デオダット・テイラーによって建てられた倉庫だろう。[ 21 ] [ 15 ]両名とも、軽量フレーム材の使用がすでに一般的だったニューイングランドからシカゴにやって来た。[ 16 ]建築評論家のジークフリート・ギーディオンは、シカゴの建築家ジョン・M・ヴァン・オスデルの1880年代の記述と、A・T・アンドレアスの1885年の『シカゴの歴史』を引用し、スノーを「バルーンフレーム工法の発明者」とした。[ 22 ] [ 23 ] 1833年、テイラーはシカゴ初のカトリック教会であるセントメアリー教会をバルーンフレーム工法を用いて建設した。この建物は1871年のシカゴ大火で焼失する前に、何度も移設と改修が行われた。[ 24 ]

1830年代、フージャー・ソロン・ロビンソンは、後の建築業者から「バルーン・フレーミング」と呼ばれる革新的な新しい骨組みシステムに関する記事を発表しました。ロビンソンのシステムは、標準的な2×4材を釘で打ち付けることで、頑丈で軽量な骨組みを形成するものでした。建築業者はこの新技術の導入に消極的でしたが、1880年代までには、何らかの形の2×4材による骨組みが標準となりました。[ 25 ]

あるいは、バルーンフレームの前身は、31年も前にミズーリ州でフランス人によって使用されていた可能性がある。[ 17 ]

19世紀のアメリカでは木材は豊富でしたが、熟練労働者は不足していました。19世紀初頭、安価な機械打ち釘と水力製材所の登場により、バルーンフレーム工法は非常に魅力的なものとなりました。これは、柱梁接合で必要とされる蟻継ぎほぞ継ぎ、ほぞ穴のような高度な技術を持つ大工を必要としなかったためです。こうして初めて、農民は時間のかかる学習曲線を経ることなく、自ら建物を建てることができるようになりました。[ 26 ]

バルーンフレーミングはアメリカ西部とカナダ西部の諸州で広く普及したと言われています。バルーンフレーミングがなければ、西部の新興都市が一夜にして発展することはなかったでしょう。[ 27 ]また、バルーンフレーミングは建設コストを大幅に削減したことで、貧しい北米の人々の住居の選択肢を広げた可能性も高いでしょう。しかし、バルーンフレーミングには非常に長い間柱が必要であり、1920年代には高木が枯渇したため、プラットフォームフレーミングが普及しました。[ 28 ]

バルーンフレームは、多くの古いバルーンフレーム建築物では開放型フレームの空洞に防火壁防火遮蔽材が不足しており、火災が短時間で垂直方向に広がる可能性があるため、消火活動において課題を抱えています。床フレームと壁フレームの空洞は相互に連結されているため、火災は建物全体に急速に広がります。多くのバルーンフレーム建築物は、防火遮蔽を義務付ける建築基準法の導入以前に建てられたため、火災は地下室から屋根裏へと数分で広がる可能性があります。[ 29 ]

プラットフォームフレームとバルーンフレームの主な違いは、床面のラインにあります。バルーンフレームの壁のスタッドは、1階の敷居から2階の天板または端垂木まで伸びています。一方、プラットフォームフレームの壁は、各階ごとに独立しています。[ 30 ]

材料

軽量フレームの材料は、ほとんどの場合、木材または長方形の鋼管、または C チャンネルです。木材片は通常、釘留め具、釘、またはネジで接続され、鋼片はなべ頭フレームネジ、またはナットとボルトで接続されます。線形構造部材に好ましい樹種は、トウヒ、マツ、モミなどの針葉樹です。軽量フレーム材料の寸法は、38 x 89 mm (1.5 x 3.5 インチ) (つまり、断面で 2 x 4 の寸法番号から 5 cm x 30 cm (2 x 12 インチ)) までで、長さは壁の場合は 2.5 メートル (8.2 フィート) から根太や垂木の場合は 7 メートル (23 フィート) 以上までです。最近、建築家は、現場での建設コストを削減するために、プレカット モジュラー アルミ フレームの実験を始めています。

スタッドで作られた壁パネルは、ドア用の粗い開口部を提供するセクションによって中断されます。開口部は通常、開口部の上の構造の重量を支えるヘッダーまたはまぐさによって渡されます。ヘッダーは通常、トリマー (ジャックとも呼ばれる) の上に載るように作られています。窓の周囲の領域は、窓の下の敷居と、クリップルによって定義されます。クリップルは、下部プレートから敷居まで、場合によっては窓の上部からヘッダーまで、またはヘッダーから上部プレートまで渡される短いスタッドです。木製またはスチール製の斜めブレースは、スタッド、敷居、ヘッダーに釘付けされたシートのパネルと同様に、せん断強度 (水平強度) を提供します。

軽量金属スタッドフレーム

壁セクションは通常、床構造に固定される底板と、壁を連結し、壁上部の構造物の支持力となる1枚、あるいは多くの場合2枚の上板で構成されます。木製または鋼製の床フレームは、通常、床根太システムの周囲に縁根太を備え、また、スパン部材の横方向の座屈を防ぐため、スパンの中央付近に橋渡し材が使用されることがよくあります。2階建て建築では、階段室のために床システムに開口部が設けられ、階段の蹴上げ板と踏板は、傾斜した階段の桁に切り込まれた直角面に取り付けられることが多いです。

軽量フレーム構造における内部の壁材には、通常、壁板ラス、石膏、または装飾的な木製パネルが含まれます。

壁や天井の外装仕上げには、合板や複合材の外装材、レンガ石のベニア、様々なスタッコ仕上げなどが含まれることが多い。間柱間の空洞は通常40~60cm(16~24インチ)間隔で配置され、グラスファイバー詰め物やセルロース詰め物などの断熱材で満たされる。セルロース詰め物は、防火害虫駆除のためにホウ素添加物で処理された新聞紙の再生材から作られることもある。

自然建築では、外壁と内壁の両方に、 わら俵コブアドベが使用されることがあります。

建物の構造において、壁を斜めに横切る部分はTバーと呼ばれます。突風による壁の倒壊を防ぐ役割を果たします。

圧力処理木材(グリーン処理木材)は、底板が外部の湿気にさらされる場合や、コンクリートと接触する場合でも使用される木材の一種です。

屋根

地面に横たわるトラス
1955 年頃の米国における屋根の組み立ての初期段階。大工が棟木に接合された 2 本の屋根垂木を運び、建物の遠端に設置しています。

屋根は通常、雨や雪を流すための傾斜面を設けるように建てられます。勾配は1:15(水平スパン1フィートあたり1インチ未満)から2:1を超える急勾配まで様々です。傾斜壁の内側に建てられ、その壁が屋根としても機能する軽量フレーム構造は、Aフレームと呼ばれます。

北米では、屋根はアスファルト、グラスファイバー、細粒砂利をコーティングしたシングルで覆われることが多いですが、その素材は多岐にわたります。[ 31 ]平らな屋根の防水には溶融タールがよく使用されますが、最近ではゴムや合成素材も使用されています。鋼板は耐久性に優れているため、一部の地域では人気のある屋根材です。スレート屋根屋根は、軽量フレーム屋根のより伝統的な屋根材です。

軽量フレーム工法を使用すると、独特な屋根のデザインを簡単に作ることができます。例えば、寄棟屋根はすべての面が壁に向かって傾斜しており、隅から棟まで渡る寄棟垂木で接合されています。2 つの傾斜した屋根部分が互いに向かって排水すると、谷が形成されます。ドーマーは、垂直の壁が屋根のラインを中断する小さな領域で、通常はメインの屋根部分に対して直角の傾斜が付いています。切妻は、傾斜した屋根の長手方向の部分が三角形の壁部分を形成するように終わると形成されます。クリアストーリーは、短い垂直の壁が屋根の傾斜に沿って別の屋根部分と接続する中断部分によって形成されます。陸屋根は通常、水を流すために少なくとも名目上の傾斜を備えており、多くの場合、排水用の開口部 (排水口と呼ばれる) を備えたパラペット壁で囲まれています。傾斜したクリケットは、傾斜部分の底にある煙突の後ろなど、排水の悪い場所から水を流すために屋根に組み込まれます 。

構造

凍結深度が浅い、あるいは全くない地域では、軽量フレーム建築は、床と建物の支持の両方の役割を果たすモノリシックコンクリートスラブ基礎の上に建てられることが多い。その他の軽量フレーム建築は、床下空間や地下室の上に建てられ、基礎壁の間には木材または鋼鉄製の梁が使用され、通常は打設コンクリートまたはコンクリートブロックで造られる。

床、天井、屋根の構造には、無垢材の代わりにエンジニアリング材が一般的に使用されています。I型トラス(クローズドウェブトラス)は、多くの場合、積層木材(最も一般的にはポプラ材)から作られ、厚さ1cm(0.39インチ)ほどのパネルに加工され、4cm×4cm未満の水平積層材(ツーバイツー材)の間に接着されます。これにより、最大9m(30フィート)の距離をスパンすることができます。オープンウェブトラス梁と垂木は、多くの場合、4cm×9cm(ツーバイフォー材)の木材から作られ、床、屋根、天井の仕上げ材を支えます。

プラットフォームフレーミングは伝統的に4階建てまでに制限されていましたが、一部の管轄区域では建築基準法を改正し、防火対策を追加することで最大6階建てまで許可しています。[ 32 ]

伝統的な木造住宅に接続されたポストフレームガレージ

ポストフレームビルディング

参照

文学

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