型钢混凝土组合结构的特点-- 正文
型钢混凝土组合结构的特点
来源:贵州贵阳
　作者:欧阳至展 　关键字:型钢混凝土组合结构；型钢混凝土组合结构的优点、适用范围
发布时间: 　点击:544
&摘要：土地作为一种不可再生的稀缺资源，随着中国城市化进程的加快，可用于人类居住的土地正逐步减少，一方面为了不断满足人民日益增长的物质、文化需要，改善居住条件，需要占用大量的土地；另一方面，城市工业和公共用地的需求量也在与日俱增，土地的供需矛盾日益突出。型钢混凝土组合结构的优势将在高层建筑中的应用得到体现和加强。
关键词：型钢混凝土组合结构；型钢混凝土组合结构的优点、适用范围；型钢混凝土组合结构的工艺原理
引言：型钢混凝土组合结构技术应用还处于探索阶段，从设计到施工的经验不足，造成设计与施工脱节，许多结构设计时仅仅考虑到结构安全和使用功能上，很少全面考虑在施工时的可行性。由于型钢混凝土组合结构属于一种新型结构，在我国的运用还不是很广泛，施工技术上还不是很成熟，可借鉴的施工经验相对较少。目前国内的型钢结构大多运用于建筑物核心筒等主要受力区域，用相对较小。
& &&1.型钢混凝土组合结构的特点
&&& 型钢混凝土结构是在型钢结构的外面包裹有一层钢筋混凝土的外壳，这种结构现已广泛应用于高层建筑和大跨度建筑工程转换层中，随着科学技术的不断进步，以及我国经济的发展，型钢混凝土结构将作为一种新型的结构不断得到推广和应用。
2.型钢混凝土组合结构与普通混凝土结构比较，优点
由于在钢筋混凝土中增加了型钢骨架，使得这种结构具有钢结构和混凝土结构的双重优点。
2.1型钢混凝土设计上不受含钢率限制，刚度，承载力高。型钢混凝土结构的构件的承载能力可以高于同样尺寸的钢筋混凝土构件的一倍以上，因此，对于高层建筑，可以减小构件截面，即可以增加使用面积和层高，其经济效益显著。
2.2型钢构件截面积小，对于建筑物而言，可以增大跨度，增加使用面积和层高，其经济效益可观。
2.3型钢混凝土梁结构的延展性远高钢筋混凝土结构，因此，具有优良的抗震性能，刚度加强，抗屈服能力增强。
2.4型钢混凝土梁柱高层建筑不必等待混凝土达到一定强度就可继续施工上层，有效地缩短了建设工程的工期，即节约了施工成本。
3.型钢混凝土组合结构与钢结构比较，优点
3.1与钢结构比较，型钢外包混凝土参与承受荷载，同型钢结构共同受力；同时由于型钢包裹混凝土后，能够抵抗有害物质，从而防治钢材锈蚀。
3.2受力性能好，型钢混凝土结构构件内部的型钢由于受到外部钢筋混凝土的约束，克服了普通的钢结构构件的受压失稳的弱点，同时也克服了钢结构的耐火性能差的弱点，型钢混凝土组合结构耐火性和耐久性优良。
3.3由于钢筋混凝土和型钢共同受荷载，使型钢混凝土成为节约钢材的一种有效手段。型钢混凝土组合结构较钢结构可节省钢材50%以上。
在我国，随着钢材产量和质量的不断提高，型钢混凝土组合结构已开始广泛应用于大跨、超高层建筑。中国著名的东方明珠电视塔、北京香格里拉饭店、国家大剧院等均采用了此种结构。
4.适用范围
型钢混凝土组合结构适用于框架结构、框架-剪力墙结构、底层大空间剪力墙结构、框架-核心筒结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构等。目前广泛应用于多层、高层建筑、桥梁等构筑物中。
5.工艺原理
由钢筋混凝土包裹型钢所形成的结构被称为型钢混凝土组合结构，它的核心部分为型钢构件，即在型钢外侧配置适当的纵向受力筋并配以合适的箍筋加以约束的混凝土结构。在施工时，宜先在专业的钢结构加工厂根据设计要求事先将型钢加工好，并专业的钢结构吊装队伍进行吊装，完成后再交由专业的土建施工队伍进行外包的钢筋混凝土施工。
5.1根据国家标准：《钢结构工程施工验收规范》（GB50205－2012）、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81－2002）、《型钢混凝土组合技术规程》（JGJ138-2001）来指导整个型钢梁、柱的吊装、安装施工全过程。采用的施工工艺是依据国家现行，以及图纸设计要求的基础上产生的切实可行的施工工艺。
5.2采用可靠、合同的吊装方法一次性将型钢柱、梁起吊到设计的标高和轴线位置。
5.3型钢梁与柱对接焊接前，校核柱轴线位置、型钢柱翼缘的垂直度、平整度以及钢柱上临时搁置型钢梁用（类似牛腿）支撑钢板顶面标高。
5.4用设置在型钢柱上的绳子配合吊车来调整柱子的垂直度，将误差严格控制在规范允许的范围内。
5.5选用科学、合理的运输和吊装方法、安装工艺和焊接方法来控制施工中型钢梁的变形。
5.6型钢梁、柱受气温影响有一定的热胀冷缩，应制定合理的测量方法和选择适当的吊装和焊接时间，来保证型钢梁、柱施工中的精确度。
5.7合理设置抗剪连接件的位置，抗剪连接件与型钢梁翼缘要焊接牢固可靠。
6.施工工艺流程及制作要点
6.1型钢混凝土组合结构施工工艺流程：
型钢柱：型钢柱加工制作、运输&& 型钢柱测量定位&& 地脚螺栓与底板预埋&& 底板下细石混凝土浇筑&& 底板无收缩混凝土灌缝&& 吊装&& 临时固定&& 型钢柱安装、轴线及垂直度校正&& 预埋底板与型钢钢柱焊接连接（非对称施焊）&& 焊缝处理&& 焊接外观检验&& 超声波探伤检测&& 合格后型钢柱钢筋绑扎&& 柱子支模、浇筑混凝土（只能浇筑到梁底）。
型钢梁：起重吊装&&& 就位&& 临时固定&& 调节水平、竖向位置&& 校正轴线垂直度、标高&& 焊接外观检测&& 超声波探伤检测&& 合格后交给土建施工。
6.2型钢梁、柱制作要点
&& （1型钢加工应严格按设计图及规范要求选材，所选材料质量证明书应与实物相符，并应符合现行国家有关规定，未经设计许可严禁擅自代用。
（2放样和号料应本着有效利用的原则进行，先下大料，后下小料。应先核对施工图，熟悉工艺要求、钢材规格、材质、批号等，根据工艺要求预留焊接收缩余量及切割、刨边和铣平等的加工余量。
（3板材下料必须在专用的龙门割机下料平台上进行，柱、梁有腹板及翼缘板下料时，应使其受力方向(即长度方向)一致。钢板切割后，应进行外观检查，对边缘的棱边、缺口及时补焊和打磨平整。
（4翼缘板和腹板的拼接是在钢平台上进行，部件可以翻转组对和焊接；翼缘板允许横向拼接一处，拼接焊接处距梁端大于200L；腹板允许纵向拼接一处，腹板拼接窄板宽度大于200L。
（5型钢加工一般在工厂内制作，焊接采用埋弧自动焊接，焊接前必须将各焊口清理干净，焊剂要充分干燥，焊接电流要调整适当，避免焊接咬边，未焊接夹渣、气孔等缺陷。焊接前应作同类材料焊接工艺评定确定其焊接工艺参数。
（6钢梁、柱翼缘边焊接后，若有变形现象时，须在钢翼缘矫正机上进行矫正，矫正后的钢材表面不得有明显的凹面损伤，表面划痕深度不宜大于0.5L。普通碳素钢和低合金钢，因部分梁超高，现有设备无法对其钢翼缘矫正，允许加热矫正，加热矫正后的低合金钢必须缓慢冷却。
（7钢梁、柱及连接板上制孔应采用磁力钻孔，加工后的孔周边用砂轮打磨机打磨毛刺，严禁使用氧割割孔。制孔前考虑焊接收缩余量及焊接变形的因素，将焊接变形均匀分布在构件上。
（8构件的运输应根据构件制作尺寸、重量，选择相应原平板拖车进行运输，装车高度应作控制，运输过程中，须用手拉葫芦固定好，确保运输路途中的安全。
随着社会的科学技术水平的日新月异，经济的飞速发展，高层建筑的大量涌现，以及建筑功能的多样化，建筑楼层要求较大空间，传统的钢筋混凝土结构存在截面尺寸过大，占据空间较多，已无法满足建筑使用功能的充分发挥，单一的钢筋混凝土
结构已不适应，为有效解决建筑结构大跨度以及提高构件的承载力，同时最大限度地提升土地的使用价值，型钢混凝土组合结构作为一种新型的结构将不断得到推广应用。
参考文献：
[1]《贵州建筑情报》2009年特刊
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型钢混凝土组合结构施工技术研究
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型钢混凝土组合结构常见连接构造要求
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梁柱节点连接构造型钢混凝土组合结构的梁柱连接可采用下列几种形式：型钢混凝土柱与型钢混凝土梁的连接；型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接；型钢混凝土柱与钢梁的连接。型钢混凝土柱与型钢混凝土梁、钢筋混凝土梁、钢梁的连接，柱内型钢宜采用贯通型，柱内型钢的拼接构造应满足钢结构的连接要求；型钢柱沿高度方向在对应于型钢梁的上下翼缘处或钢筋混凝土梁的上下边缘处应设置水平加劲肋，加劲肋型式宜便于混凝土浇筑水平加劲肋应与梁端型钢翼缘等厚且厚度不宜小于 12mm。型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁或型钢混凝土梁的梁柱节点应采用刚性连接梁的纵向钢筋应伸入柱节点且应满足钢筋锚固要求；柱内型钢的截面型式和纵向钢筋的配置宜便于梁纵向钢筋的贯穿设计上应减少梁纵向钢筋穿过柱内型钢柱的数量且不宜穿过型钢翼缘也不应与柱内型钢直接焊接连接；当必须在柱内型钢腹板上预留贯穿孔时型钢腹板截面损失率宜小于腹板面积 25%；当必须在柱内型钢翼缘上预留贯穿孔时宜按柱端 不利组合的 MN 验算预留孔截面的承载能力不满足承载力要求时应进行补强；梁柱连接也可在柱型钢上设置工字钢牛腿 钢牛腿的高度不宜小于 0.7 倍梁高梁纵向钢筋中一部分钢筋可与钢牛腿焊接或搭接 其长度应满足钢筋内力传递要求；当采用搭接时钢牛腿上下翼缘应设置二排栓钉其间距不应小于 100mm，从梁端至牛腿端部以外 1.5 倍梁高范围内箍筋应满足国家标准《混凝土结构设计规范》中梁端箍筋加密区的要求。在各种结构体系中当结构下部采用型钢混凝土柱上部采用钢筋混凝土柱时在此两种结构类型间应设置结构过渡层过渡层应满足下列要求：下部型钢混凝土柱中的型钢应向上延伸一层或二层作为过渡层过渡层柱中的型钢截面尺寸可根据梁的具体配筋情况适当变化过渡层柱的纵向钢筋配置应按钢筋混凝土柱计算且箍筋应沿柱全高加密；结构过渡层内的型钢应设置栓钉栓钉的直径不应小于 19mm栓钉的水平及竖向间距不宜大于 200mm栓钉至型钢钢板边缘距离不宜小于 50mm。在各种结构体系中 当结构下部采用型钢混凝土柱 上部采用钢结构柱时，过渡层按照下图设置从设计计算上确定某层柱可由型钢混凝土柱改为钢柱时，下部型钢混凝土柱应向上延伸一层作为过渡层 过渡层中的型钢应按上部钢结构设计要求的截面配置且向下一层延伸至梁下部至 2 倍柱型钢截面高度为止结构过渡层至过渡层以下 2 倍柱型钢截面高度范围内应设置栓钉栓钉的水平及竖向间距不宜大于 200mm栓钉至型钢钢板边缘距离宜大于 50mm箍筋沿柱应全高加密。十字形柱与箱形柱相连处十字形柱腹板宜伸入箱形柱内其伸入长度不宜小于柱型钢截面高度。梁与梁连接构造当框架柱一侧为型钢混凝土梁另一侧为钢筋混凝土梁时型钢混凝土梁中的型钢宜延伸至钢筋混凝土梁 1/4 跨度处且在伸长段型钢上下翼缘设置栓钉栓钉直径不宜小于 19mm间距不宜大于 200mm且在梁端至伸长段外 2 倍梁高范围内箍筋应加密；钢筋混凝土次梁与型钢混凝土主梁连接其次梁中的钢筋应穿过或绕过型钢混凝土梁的型钢。柱脚构造型钢混凝土柱的柱脚宜采用埋入式柱脚；埋入式柱脚的埋置深度不应小于 3 倍型钢柱截面高度；在柱脚部位和柱脚向上一层的范围内型钢翼缘外侧宜设置栓钉，栓钉直径不宜小于φ19，间距不宜大于200mm，且栓钉至型钢钢板边缘距离宜大于50mm。
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作者最新文章导读：型钢混凝土组合结构施工工法，因而结构设计也越来越复杂，型钢混凝土组合结构就应运而生，型钢混凝土组合结构在发达国家已经形成了成熟的施工技术，型钢混凝土组合结构是指在混凝土内配置了型钢和普通钢筋的结构，钢管混凝土结构是在型钢柱（箱型柱和钢管柱）内灌注C40自密实免振捣混凝土，劲性钢筋混凝土结构是在表面布满90mm长剪力钉的型钢结构的外面包裹一层钢筋混凝土，这种结构具有钢结构和混凝土结构的双重优点：
型钢混凝土组合结构施工工法
前言 随着城市建筑的不断发展，高层建筑与超高层建筑越来越多，建筑功能越来越完善，因而结构设计也越来越复杂。因此，型钢混凝土组合结构就应运而生。 型钢混凝土组合结构在发达国家已经形成了成熟的施工技术，在我国应用较少，但发展速度较快。 1.特点 型钢混凝土组合结构是指在混凝土内配置了型钢和普通钢筋的结构，本工程钢骨柱采用了十字钢骨和箱型钢骨两种；钢骨梁有单钢骨和双钢骨两种，并与体外预应力配套使用，达到了降低梁高的目的。钢管混凝土结构是在型钢柱（箱型柱和钢管柱）内灌注C40自密实免振捣混凝土；劲性钢筋混凝土结构是在表面布满90mm长剪力钉的型钢结构的外面包裹一层钢筋混凝土外壳。这种结构具有钢结构和混凝土结构的双重优点： 1.1型钢不受含钢率限制，刚度大，承载能力高。 1.2型钢构件截面积小，在结构承载力允许的条件下可以增加使用面积和层高，其经济效益可观。 1.3型钢砼柱结构的延展性高，具有优良的抗震性能。 1.4型钢砼柱结构耐久性和耐火性能优良。 1.5不必等待柱芯混凝土达到一定强度就可继续安装上一个层次的钢结构构件，有效地缩短了建设工程的工期。 1.6 钢筋安装工程在钢构件施工完毕后进行，钢筋密集、钢构件表面布满剪力钉，钢筋安装非常困难。 1.7竖向结构模板安装要避免碰撞已经施工完毕的密集的型钢梁，钢柱部位无法设置对拉螺栓，模板设计要全面考虑。 1.8竖向结构模板与型钢柱间仅有150mm空隙，且钢筋和栓钉非常密集，模板上口分布有型钢梁，对混凝土的施工提出更高的要求。
2.适用范围 型钢混凝土组合结构是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的一种新型结构体系。适用于高层建筑结构、大跨重载结构、多层重型工业厂房、大跨桥梁等结构领域。实践证明，它是一种具有显著技术经济效益和社会效益的新型结构体系，应用前景广阔，适用我国基本建设的国情，有很大的发展空间。 第 １ 页
3.材料性能 3.1柱脚C50无收缩灌浆料 第一节钢柱与底板间设计有50mm缝隙，用C50无收缩灌浆料填充，要求此种灌浆料的流动性相当高，扩展度不小于500mm。 3.2
C50高强自密实微膨胀低收缩混凝土 钢管混凝土及箱型钢骨内部需要浇筑自密实免振捣混凝土，要求水胶比 0.26、水灰比 0.33、 砂率 0.4%，严格控制混凝土扩展度≥500mm，坍落度为220-240mm。柱内衬板构造是否影响混凝土自密实、高抛混凝土是否产生离析、如何改善自密实混凝土的工作性能，是保证施工质量的关键问题，混凝土配比时原材料要求严格： ? 水泥：选用北京市建委备案的知名品牌42.5R普通硅酸盐早强水泥。 ? 砂：质地坚硬、级配良好的B类低碱活性天然Ⅱ区中砂。含泥量不大于1%、细度模数：2.5～3.2。 ? 石子：5～20mm的低碱自然连续级配的机碎石。含泥量不大于1%，针状和片状颗粒含量不大于15%。很好的和易性、较少的用水量以及较高的抗压强度，能减少混凝土的收缩。 ? 混凝土掺和料和外加剂：绿色环保型的、无污染、无毒害、无氨类等并经权威检测机构检测的、由北京市建委备案的生产厂家生产的优质产品。
I级粉煤灰：颗粒活性高、降低混凝土碱含量、降低水化热、减缓混凝土强度增长和抗腐蚀性。 外加剂：JSP-V复合外加剂，可大幅度改善混凝土拌和物的工作性，增加扩展度，减小扩展度损失。 3.3型钢钢骨采用Q345b，钢柱截面：500×250×14×20mm、500×250×22×25mm；钢梁截面：200×250×14×20mm、250×250×14×20mm。钢筋采用HRB400。
4.工艺原理 型钢混凝土组合结构是指在混凝土内配置了型钢和普通钢筋的结构，本工程钢骨柱采用了十字钢骨和箱型钢骨两种；钢骨梁有单钢骨和双钢骨两种，并与体外预应力配套使用，达到了降低梁高的目的。钢管混凝土结构是在型钢柱（箱型柱和钢管柱）内灌注C40自密实免振捣混凝土；劲性钢筋混凝土结构是在表面布满90mm长剪力钉的型钢结构的外面包裹一层钢筋混凝土外壳。
5.工艺流程 第 ２ 页
绑扎底板钢筋、安装钢柱柱脚埋件→浇筑底板混凝土→安装型钢柱→柱脚灌浆→安装型钢梁→浇筑柱芯混凝土→安装墙、柱钢筋→安装墙、柱模板→浇筑竖向结构混凝土→拆除竖向结构模板→安装水平结构模板→安装梁、板钢筋→浇筑梁、板混凝土→??????→安装型钢柱→安装型钢梁→??????
6.操作要点 6.1钢骨柱施工要点 6.1.1
安装钢柱柱脚埋件 6.1.1.1高层钢结构的基础预埋工程非常关键，它影响第一节钢柱的安装精度乃至关系到整个工程钢结构的安装质量。本工程钢柱从地下一层才有，需要从地下二层独立柱内生根，钢柱柱脚埋件的安装与定位有一定的难度。 6.1.1.2预埋件的定位安装 首先保证地下二层独立柱位置准确，在独立柱模板支设完后，校正并加固牢固，检查合格后，安装柱脚埋件，并在四个方向加固，利用1000mm高程控制线控制埋件的高度。浇筑混凝土时，拉通线控制，专人在纵横两个方向用经纬仪看护，以避免位移。同时安放调节螺母，用于调节钢柱埋件的标高。 6.1.1.3预埋件的保护 埋件调整验收后，在螺栓丝头部位上涂黄油并包上油纸保护。在浇筑柱子及地下二层顶板混凝土前再次复核，确认其位置及标高准确、固定牢固后方可进行浇灌工序。 在后续施工时对地脚螺栓采取严格的保护措施，严禁碰撞和损坏；在钢柱安装前要将螺纹清理干净，对已损伤的螺牙要进行修复。 6.1.2安装第一节钢柱 第一节钢柱与柱脚埋件采用地脚螺栓进行连接。首先将底部的地脚螺栓调平，并点焊牢固，然后安装钢骨柱，紧固上部垫板及地脚螺栓，从纵横两个方向用经纬仪校核钢柱垂直度，确保合格后，将上部垫板及地脚螺栓点焊牢固。如下图所示：
6.1.3柱脚灌浆料的施工 钢柱锚板与混凝土底板上坪间预留的50mm缝隙用C50无收缩灌浆料填充，经考察论证最终选用了北京冶建新技术公司生产的CGM―I型灌浆料。灌浆料采用现场人工搅拌，严格按照产品说明的加水量进行计量。
高强无收缩灌浆料浇筑时，从一侧灌浆，至另一侧溢出并明显高于锚板下表面为止，严禁从两个以上方向轮流浇筑。灌浆料无须振捣，且开始灌浆后必须连续进行，不能间断。并尽可能的缩短灌浆时间。灌浆完毕后，要覆盖塑料薄膜；灌浆料强度达到20Mpa以后方可拆除模板；养护时间不得小于14d。
6.1.4柱芯混凝土的施工 6.1.4.1钢结构焊接、钢柱下灌浆料浇筑完毕并经监理单位验收合格后劲性柱芯混凝土的浇筑施工。混凝土浇筑采用定型混凝土下料斗借助塔吊进行浇筑。免振捣混凝土的初凝时间为10h，终凝时间16h，扩展度≥500mm。 6.1.4.2将混凝土下料斗平稳的安放在所需浇筑钢柱上方预先开好的浇筑洞内，由施工人员扶稳下料斗，必要时可将下料斗安放用钢筋焊制的专用架子上，等待浇筑混凝土。 6.1.4.3将混凝土浇筑布料斗的斗内装好混凝土，用塔吊慢慢的将布料斗吊至待浇筑钢柱的上方，由信号工指挥塔吊，将布料斗慢慢放下到已经放置好的混凝土下料斗上方的适宜高度处，待布料斗平稳后，由施工人员将布料斗的制动闸门打开，使混凝土流入下料斗后进入钢柱柱芯内，根据下料斗内混凝土流动的速度和斗内混凝土的高度，及时开放制动闸门，浇筑混凝土。 6.1.4.4当布料斗内混凝土浇筑完毕后，由塔吊慢慢将布料斗吊离浇筑区，在混凝土罐车出料口处重新装好混凝土，准备继续浇筑。 6.1.4.5混凝土连续浇筑至钢柱柱芯上口处，且钢柱上方预留的排气孔有混凝土流出为止，并将柱顶混凝土抹平。 6.1.4.6浇筑同一钢柱柱芯混凝土时，覆盖下一层混凝土的时间不得超过混凝土初凝时间。 第 ４ 页
6.1.4.7派专人对已浇筑至柱顶标高的柱芯混凝土进行观察，当浇筑后的混凝土有坍落时，要在混凝土初凝时间内，及时将混凝土补浇至柱顶标高，确保钢柱柱芯内填充满混凝土，达到设计及规范的要求。
6.1.5钢筋施工 型钢柱柱芯混凝土浇筑完毕后进行竖向结构钢筋的施工。柱主筋为Φ20-Φ28钢筋，采用直螺纹连接。水平方向设有多肢箍筋组成的箍筋组及拉钩。 6.1.5.1柱主筋的施工 主筋的安装与普通钢筋工程基本相同，但在上部或下部遇有钢梁时，需要提前进行深化设计，柱主筋尽可能躲开钢梁，躲不开的应从钢梁预留孔中穿过。 6.1.5.2柱箍筋的施工 箍筋是劲性钢筋混凝土结构中对混凝土起约束作用的重要钢筋构件，必须保证其完全闭合，并与主筋牢固连接。本工程劲性钢筋混凝土结构柱箍筋的施工难度较大，须与主筋安装穿插进行。 柱箍筋由矩形箍筋、八边形箍筋、和拉条组成，大部分箍筋均设计为Φ16钢筋，硬度大，可调性差。钢筋加工时严格控制下料长度和弯折角度，保证成品箍筋安装顺利。
且安装时不能象普通混凝土结构柱子一样从顶部顺序下放，必须将箍筋开口部位打开，在没有连接主筋之前将箍筋从型钢柱柱身向下套。 向下套箍筋时要注意不要将箍筋开口过大，严禁将箍筋完成死弯，以免就位后不能会恢复原状，影响模板安装。注意保护主筋连接丝头，一旦破坏将无法修复。
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