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建筑结构抗震设计建筑结构抗震设计 1、 名词解释名词解释 (1)地震波:地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量;(2) 地震震级:表示地震本身大小的尺度,是按一次地震本身强弱程度而定的等级; (3)地震烈度:表示地震时一定地点地面振动强弱程度的尺度;(4)震中:震源在 地表的投影;(5)震中距:地面某处至震中的水平距离;(6)震源:发生地震的地 方;(7)震源深度:震源至地面的垂直距离;(8)极震区:震中附近的地面振动最 剧烈,也是破坏最严重的地区;(9)等震线:地面上破坏程度相同或相近的点连 成的曲线;(10)建筑场地:建造建筑物的地方,大体相当于一个厂区、居民小 区或自然村;(11)沙土液化:处于地下水位以下的饱和砂土和粉土在地震时有 变密的趋势,使孔隙水的压力急剧上升,造成土颗粒局部或全部将处于悬浮状 态,形成了犹如“液化”的现象,即称为场地土达到液化状态;(12)结构的地震反 应:地震引起的结构运动;(13)结构的地震作用效应:由地震动引起的结构瞬 时内力、应力应变、位移变形及运动加速度、速度等;(14)地震系数:地面运 动最大加速度与重力加速度的比值;(15)动力系数:单质点体系最大绝对加速 度与地面运动最大加速度的比值;(16)地震影响系数:地震系数与动力系数的 乘积;(17)振型分解法:以结构的各阶振型为广义坐标分别求出对应的结构地 震反应,然后将对应于各阶振型的结构反应相组合,以确*构地震内力和变形 的方法,又称振型叠加法;(18)基本烈度:在设计基准期(我国取 50 年)内在 一般场地条件下,可能遭遇超越概率(10)的地震烈度。(19)设防烈度:按 国家规定权限批准的作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。(20)罕遇烈度: 50年期限内相应的超越概率 23,即大震烈度的地震。(21)设防烈度 (22)多 道抗震防线:一个抗震结构体系,有若干个延性较好的分体系组成,并由延性 较好的结构构件连接起来协同作用;(24)鞭梢效应;(25)楼层屈服强度系数; (26)重力荷载代表值:建筑抗震设计用的重力性质的荷载,为结构构件的永久 荷载(包括自重)标准值和各种竖向可变荷载组合值之和;(27)等效总重力荷 载代表值:单质点时为总重力荷载代表值,多质点时为总重力荷载代表值的 85%;(28)轴压比:名义轴向应力与混凝土抗压强度之比;(29)强柱弱梁:使框 架结构塑性铰出现在梁端的设计要求;(30)非结构部件:指在结构分析中不考 虑承受重力荷载以及风、地震等侧向力的部件 2、 填空题填空题 1. 地震按其成因可划分为( 构造地震 )、( 火山地震 )、( 塌 陷地震 )和( 诱发地震 )四种类型。 2. 地震按震源深浅不同可分为( 浅源地震 )、( 中源地震 )、 ( 深源地震 )。 3. 地震波可分为( 体波 )和( 面波 )。 4. 体波包括( 纵波 )和( 横波 )。 5. 纵波的传播速度比横波的传播速度(快)。 6. 造成建筑物和地表的破坏主要以(面波)为主。 7. 地震强度通常用(震级)和(烈度)等反映。 8. 震级相差一级,能量就要相差(32)倍之多。 9. 一般来说,离震中愈近,地震影响愈(大),地震烈度愈(高)。 10.建筑的设计特征周期应根据其所在地的(设计地震分组)和(场地类别) 来确定。 11.设计地震分组共分(3)组,用以体现(震级)和(震中距)的影响。 12.抗震设防的依据是(抗震设防烈度)。 13.地震现象表明,纵波使建筑物产生(垂直振动),剪切波使建筑物产生 (水平振动),而面波使建筑物既产生(垂直振动)又产生(水平振 动)。 14.面波分为(瑞*)和(乐甫波)。 15.规范按场地上建筑物的震害轻重程度把建筑场地划分为对建筑抗震 (有利)、(不利)和(危险)的地段。 16.我国抗震规范指出建筑场地类别应根据(等效剪切波速)和(覆盖 层厚度)划分为四类。 17.饱和砂土液化的判别分为两步进行,即(初步判别)和(标准贯入试验 判别)。 18.场地的液化等级根据(液化指数)来划分。 19.目前,工程中求解结构地震反应的方法大致可分为两种,即(底部剪力 法)和(振型分解反应谱法)。 20.根据建筑使用功能的重要性,按其受地震破坏时产生的后果,将建筑分 为(甲类)、(乙类)、(丙类)、(丁类)四个抗震设防类别。 21.建筑结构抗震验算包括(截面抗震验算)和(抗震变形验算)。 22.结构的变形验算包括(多遇地震作用下的抗震变形验算)和(罕遇地震 作用下薄弱层的弹塑性变形验算)。 23.选择结构体系,要考虑(抗震设防烈度)和(设计基本地震加速度取值) 的关系。 24.选择结构体系时,要注意选择合理的(结构构件)及(抗震结构体系)。 25.地震区的框架结构,应设计成延性框架,遵守(强柱弱梁)、(强剪弱 弯)、(强节点)、(强锚固)等设计原则。 26.在工程手算方法中,常采用(D 值法)和(反弯点法)进行水平地震作 用下框架内力的分析。 27.竖向荷载下框架内力近似计算可采用(分层法)和(弯矩二次分配法)。 28.框架结构最佳的抗震机制是(总体机制)。 29.框架体系的节点常采用(刚接)节点。 30.结构的变形缝有(伸缩缝)、(温度缝)和(沉降缝)。 31.多层和高层钢筋混凝土结构包括(框架结构)、(框架抗震墙结构)、 (抗震墙结构)及(筒体结构)等结构体系。 32.(防止倒塌)是多层砌体结构房屋抗震设计的重要问题。 33.高层钢结构的结构体系主要有(纯框架体系)、(筒体体系)、(框架 支撑体系)或(框架剪力墙体系)。 34.框架-支撑体系的支撑类型有(中心支撑)和(偏心支撑)。 35.防止板件失稳的有效方法是限制它的(高厚比)。 36.屋盖体系中,应尽可能选用(有撑)屋盖。 3、 判断题判断题 1. 构造地震分布最广,危害最大。() 2. 体波可以在地球内部和外部传播。( X) 3. 横波向外传播时,其介质质点的振动方向与波的前进方向相垂直。( ) 4. 地震现象表明,横波使建筑物产生上下颠簸。(X ) 5. 一般来说,离震中愈近,地震影响愈大,地震烈度愈小。(X ) 6. 纵波的特点是周期较长,振幅较大。(X ) 7. 横波只能在固体内传播。( ) 8. 对应于一次地震,震级只有一个,烈度也只有一个。(X ) 9. 震害表明,坚硬地基上,柔性结构一般表现较好,而刚性结构有的表现 较差。() 10.一般来讲,震害随场地覆盖层厚度的增加而减轻。(X ) 11.地基土的抗震承载力小于地基土的静承载力。(X ) 12.结构的自振周期随其质量的增加而减小,随刚度的增加而加大。(X ) 13.一般而言,房屋愈高,所受到的地震力和倾覆力矩愈大,破坏的可能性 也愈大。() 14.弯曲构件的延性远远小于剪切构件的延性。 ( X) 15.在同等设防烈度和房屋高度的情况下,对于不同的结构类型,其次要抗 侧力构件抗震要求可低于主要抗侧力构件。() 16.在进行梁端弯矩调幅时,可先进行竖向荷载和水平荷载的梁端弯矩组合 后再进行调幅。( X) 17.钢筋混凝土构造柱可以先浇柱,后砌墙。(X ) 18.构造柱必须单独设置基础。(X ) 19.地震时内框架房屋的震害要比全框架结构房屋严重,比多层砖房要轻。 ( X) 20.中心支撑与偏心支撑相比具有较大的延性。( X ) 21.耗能梁段的屈服强度越高,屈服后的延性越好,耗能能力越大。(X ) 4、 简答题简答题 1. 抗震设防的目标是什么?实现此目标的设计方法是什么? 答:目标是对建筑结构应具有的抗震安全性能的总要求。我国抗震规范提 出了三水准的设防要求,概括起来是“小震不坏,中震可修,大震不倒”。第一 水准是建筑物在遭受频度较高、强度较低的多遇地震时,一般不损坏也不需要 修理。第二水准是建筑物在遭受基本烈度的地震影响时,允许结构部分达到或 超过屈服极限,或者结构的部分构件发生裂缝,结构通过塑性变形消耗地震能 量,结构的变形和破坏程度发生在可以修复使用的范围之中。第三水准是建筑 物遭受预估的罕遇的强烈地震时,不至于发生结构倒塌或危机生命安全的严重 破坏。方法:依据三个地震烈度水准,使用两阶段抗震设计方法实现。 2. 建筑场地选择的原则是什么? 答:选址时应当选择有利地段,避开不利地段。当无法比开始应采取有效地抗 震措施。在危险地段,不应建造非临时性的建筑物,尤其是严禁建造甲、乙类 建筑物。 3. 哪些建筑可不进行地基及基础的抗震承载力验算? 答:(1)砌体房屋(2)地基主要受力范围内不存在软弱粘性土层的下列建筑 物:一般单层厂房、单层空旷房屋。不超过 8 层且高度在 25M 以下的一般民用 框架房屋。基础荷载与上述一般民用框架房屋相当的多层框架厂房。(3)抗震 规范规定可不进行上部结构抗震验算的建筑。 4. 影响液化的因素有哪些?液化对建筑物有哪些危害? 答:(1)土层的地质年代(2)土的组成和密实程度(3)液化土层的埋深(4) 地下水位深度(5)地震烈度和持续时间。危害:地面开裂下沉使建筑物产生过 度下沉或整体倾斜,不均匀沉降引起建筑物上部结构破坏,使梁板等构件及其 节点破坏,使整体开裂和建筑物体型变化处开裂。 5. 简述确定水平地震作用的振型分解反应谱法的主要步骤。 答: 6. 简述确*构地震作用的底部剪力法的适用条件及计算步骤。 答:适用条件:(1)结构的质量和刚度沿高度分布比较均匀(2)房屋的总高 度不超过 40M(3)建筑结构在地震作用下的变形以剪切变形为主(4)建筑结 构在地震作用时的扭转效应可忽略不计 7. 什么时候应考虑竖向地震作用的影响? 答:抗震规范规定,8 度和 9 度时的大跨度结构、长悬臂结构、9 度时的高 层建筑应考虑竖向地震作用。 8. 何谓时程分析法,在什么时候须用时程分析法进行补充计算? 答:对结构物的运动微分方程直接进行逐步积分求解的一种动力分析方法。以 下情况:甲类建筑和 9 度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构高度大 于 150M 的钢结构和 7-9 度时楼层屈服强度系数小于 0.5 的钢筋混凝土框架结构 烈度 8 度、类场地和 9 度时高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架 采用隔墙和消能减震设计的结构。 9. 何谓“抗震概念设计”?“概念设计”与计算设计有何不同? 答:指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,进行建 筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。与计算设计的不同:计算设计是通 过地震作用的取值进行结构的抗震验算,而概念设计强调,在工程设计一开始, 就应该把握好能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布,构件延性等几个主 要方面,从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节,概念设计需要辅以必要地计算 设计。 10.什么是“强柱弱梁”、“强剪弱弯”原则?在设计中如何体现? 答: 11.怎样保证框架梁柱节点的抗震性能? 如何进行节点设计? 答:节点抗震设计原则:节点的承载力不应低于其连接件的承载力多遇地 震时,节点应在弹性范围内工作罕遇地震时,节点承载力的降低不得危及竖 向荷载的传递节点配筋不应使施工过分困难。 框架柱抗震设计原则:强柱弱梁,使柱尽量不要出现塑性铰在弯曲破坏发 生前不发生剪切破坏,使柱有足够的抗剪能力控制柱的轴压比不要太大加 强约束,配置必要地约束箍筋 梁抗震设计原则:梁形成塑性铰后仍有抗剪承载力梁纵筋去附后,塑性铰 区段应有较好的延性和耗能能力妥善解决梁纵筋锚固问题。 12.框架结构在什么部位应加密箍筋? 答:加密柱端。 13.多层及高层钢筋混凝土房屋有哪些结构体系?各自的特点? 答: 14.抗震设计为什么要限制各类结构体系的最大高度和高宽比? 15.多层及高层钢筋混疑土结构设计时为什么要划分抗震等级?是如何划分的? 16.如何计算在水平地震作用下框架结构的内力和位移? 17.简述现行抗震规范计算地震作用所采用的三种计算方法及其适用范围。 18.如何设计结构合理的破坏机制? 19.如何进行内力组合? 20.多层砌体结构的类型有哪几种? 21.在多层砌体结构中设置构造柱和圈梁的作用是什么? 答:构造柱的作用:可以部分提高墙体的抗剪强度,大大增强房屋的变形能力。 墙体开裂后,构造柱与圈梁形成的约束体系可以有效地限制墙体散落,使墙体 以滑移等方式大量消耗地震能量,保证房屋不至倒塌。圈梁的作用:与构造柱 整浇在一起,形成钢筋混凝土框架,共同约束墙体,提高房屋的整体性及延性, 增强房屋的抗倒塌能力。 22.在砌体结构的计算简图中如何确*构底部固定端标高? 答:(1)对于多层砌体结构房屋,当基础埋置较浅时,取为基础顶面(2)当 基础埋置较深时,可取为室外地坪下 0.5M 处(3)当设有整体刚度很大的全地 下室时,取为地下室顶板顶部(4)当地下室整体刚度较小或半地下室时,取地 下室室内地坪处。 23.抗震设计对于砌体结构的结构方案与布置有哪些主要要求? 1 1、影响土层液化的主要因素是什么?、影响土层液化的主要因素是什么? 影响土层液化的主要因素有:地质年代,土层中土的粘性颗粒含量,上方覆盖的非液化土层 的厚度,地下水位深度,土的密实度,地震震级和烈度。土层液化的三要素是:粉砂土,饱 和水,振动强度。因此,土层中粘粒度愈细、愈深,地下水位愈高,地震烈度愈高,土层越 容易液化。 2 2、什么是地震反应谱?什么是设计反应谱?它们有何关系?、什么是地震反应谱?什么是设计反应谱?它们有何关系? 单自由度弹性体系的地震最大加速度反应与其自振周期的关系曲线叫地震(加速度)反应谱, 以 Sa(T)表示。设计反应谱:考虑了不同结构阻尼、各类场地等因素对地震反应谱的影响, 而专门研究可供结构抗震设计的反应谱,常以 a(T),两者的关系为 a(T)= Sa(T)/g 3 3、什么是时程分析?时程分析怎么选用地震波?、什么是时程分析?时程分析怎么选用地震波? 选用地震加速度记录曲线,直接输入到设计的结构,然后对结构的运动平衡方程进行数值积 分,求得结构在整个时程范围内的地震反应。应选择与计算结构场地相一致、地震烈度相一 致的地震动记录或人工波,至少 2 条实际强震记录和一条人工模拟的加速度时程曲线 4 4、在多层砌体结构中设置圈梁的作用是什么?、在多层砌体结构中设置圈梁的作用是什么? 设置圈梁作用:加强纵横墙的连接,增加楼盖的整体性,增加墙体的稳定性,与构造柱一起 有效约束墙体裂缝的开展,提高墙体的抗震能力,有效抵抗由于地震或其他原因所引起的地 基均匀沉降对房屋的破坏作用。 5 5、抗震设计为什么要尽量满足“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的原则?、抗震设计为什么要尽量满足“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的原则? 如何满足这些原则?如何满足这些原则? “强柱弱梁”可有效的防止柱铰破坏机制的出现,保证结构在强震作用下不会整体倒塌; “强剪弱弯”可有效防止脆性破坏的发生,使结构具有良好的耗能能力;“强节点弱构件”, 节点是梁与柱构成整体结构的基础,在任何情况下都应使节点的刚度和强度大于构件的刚度 和强度。 6 6、什么是震级?什么是地震烈度?如何评定震级和烈度的大小?、什么是震级?什么是地震烈度?如何评定震级和烈度的大小? 震级是表示地震本身大小的等级,它以地震释放的能量为尺度,根据地震仪记录到的地震波 来确定 地震烈度是指某地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度,它是按地震造成的后 果分类的。 震级的大小一般用里氏震级表达 地震烈度是根据地震烈度表,即地震时人的感觉、器物的反应、建筑物破坏和地表现象划分 的。 7 7、简述底部剪力法的适用范围,计算中如何鞭稍效应。震中距、简述底部剪力法的适用范围,计算中如何鞭稍效应。震中距-地面上任何一点到震中的地面上任何一点到震中的 直线距离称为震中距。直线距离称为震中距。 适用范围:高度不超过 40 米,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构, 以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法计算。 为考虑鞭稍效应,抗震规范规定:采用底部剪力法计算时,对突出屋面的屋顶间、女儿 墙、烟囱等的地震作用效应,宜乘以增大系数 3,此增大部分不应往下传递,但与该突出部 分相连的构件应予以计入。 9 9、什么是动力系数、地震系数和水平地震影响系数?三者之间有何关系?、什么是动力系数、地震系数和水平地震影响系数?三者之间有何关系? 动力系数是单质点弹性体系的最大绝对加速度反应与地震地面运动最大加速度的比值 地震系数是地震地面运动最大加速度与重力加速度的比值 水平地震影响系数是单质点弹性体系的最大绝对加速度反应与重力加速度的比值 水平地震影响系数是地震系数与动力系数的乘积 1010、多层砌体房屋中,为什么楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处?、多层砌体房屋中,为什么楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处? 楼梯间横墙间距较小,水平方向刚度相对较大,承担的地震作用亦较大,而楼梯间墙体的横 向支承少,受到地震作用时墙体最易破坏 2)房屋端部和转角处,由于刚度较大以及在地震 时的扭转作用,地震反应明显增大,受力复杂,应力比较集中;另外房屋端部和转角处所受 房屋的整体约束作用相对较弱,楼梯间布置于此,约束更差,抗震能力降低,墙体的破坏更 为严重 1111、试述纵波和横波的传播特点及对地面运动的影响?、试述纵波和横波的传播特点及对地面运动的影响? 纵波在传播过程中,其介质质点的振动方向与波的传播方向一致,是压缩波,传播速度快, 周期较短,振幅较小;将使建筑物产生上下颠簸;(横波在传播过程中,其介质质点的振动 方向与波的传播方向垂直,是剪切波,传播速度比纵波要慢一些,周期较长,振幅较大;将 使建筑物产生水平摇晃 1 13 3、什么是地基液化现象?影响地基液化的因素?、什么是地基液化现象?影响地基液化的因素? 饱和砂土或粉土的颗粒在强烈地震下土的颗粒结构趋于密实,土本身的渗透系数较小,孔隙 水在短时间内排泄不走而受到挤压,孔隙水压力急剧上升。当孔隙水压力增加到与剪切面上 的法向压应力接近或相等时,砂土或粉土受到的有效压应力下降乃至完全消失,土体颗粒局 部或全部处于悬浮状态,土体丧失抗剪强度,形成犹如液体的现象。影响因素: 土层的地 质年代,土的组成,土层的相对密度,土层的埋深,地下水位的深度, 地震烈度和地震持续 时间 1414 为什么要限制多层砌体房屋抗震横墙间距?为什么要限制多层砌体房屋抗震横墙间距? (1)横墙间距过大,会使横墙抗震能力减弱,横墙间距应能满足抗震承载力的要求。)2) 横墙间距过大,会使纵墙侧向支撑减少,房屋整体性降低(3)横墙间距过大,会使楼盖水 平刚度不足而发生过大的平面内变形,从而不能有效地将水平地震作用均匀传递给各抗侧力 构件,这将使纵墙先发生出平面的过大弯曲变形而导致破坏,即横墙间距应能保证楼盖传递 水平地震作用所需的刚度要求。 1515什么是建筑抗震三水准设防目标和两阶段设计方法?什么是建筑抗震三水准设防目标和两阶段设计方法? 三水准:小震不坏,中震可修,大震不倒; 两阶段:一,通过对多遇地震弹性地震作用下的结构截面强度验算,二,通过对罕遇地震烈 度作用下结构薄弱部位的弹塑性变形验算,并采用相应的构造措施。 1616地震作用和一般静荷载有何不同?计算地震作用的方法可分为哪几类?地震作用和一般静荷载有何不同?计算地震作用的方法可分为哪几类? 不同:地震作用不确定性,不可预知,短时间的动力作用,具有选择性,累积性,重复性。 方法:拟静力法,时程分析法,反应谱法,振型分解法。 1717什么是“类共振现象”?结构抗震设计中如何避免类共振的发生?什么是“类共振现象”?结构抗震设计中如何避免类共振的发生? 类共振现象:当结构的基本自振周期与场地自振周期接近或相等时,结构的地震反应最大, 使建筑灾害加大。 设计时,应使结构的自振周期远离场地的卓越周期。 1818什么是“鞭梢效应”?用底部剪力法计算地震作用时如何考虑“鞭梢效应”的影响?什么是“鞭梢效应”?用底部剪力法计算地震作用时如何考虑“鞭梢效应”的影响? 当建筑物有突出屋面的小建筑,由于该部分的质量和刚度突然变小,使得突出屋面的地震反 应特别强烈,其程度取决于突出物与建筑物的质量比和刚度比,以及场地条件等。 采用底部剪力法时,宜乘以增大系数,不应往下传递,但与该突出部分相连的构件应予计 入。 简述框架节点抗震设计的基本原则。简述框架节点抗震设计的基本原则。 节点的承载力不应低于其连接构件的承载力; 多遇地震时节点应在弹性范围内工作; 罕遇地震时节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递; 梁柱纵筋在节点区内应有可靠的锚固; 节点配筋不应使施工过分困难。 7 7简述钢筋混凝土结构房屋的震害情况。简述钢筋混凝土结构房屋的震害情况。 共振效应引起的震害; 结构布置不合理引起的震害; 柱、梁和节点的震害; 填充墙和抗震墙的震 三、名词解释名词解释 1、 构造地震构造地震: : 由于地壳构造运动造成地下岩层断裂或错动引起的地面振动 2、 基本烈度基本烈度: : 50 年期限内,一般场地条件下,可能遭受超越概率 10的烈度值 3、 重力荷载代表值重力荷载代表值: : 结构或构件永久荷载标准值与有关可变荷载的组合值之和 4、反应谱:反应谱:单自由度弹性体系在给定的地震作用下,某个最大反应量与体系自振周期 的关系曲线 5、地震影响系数、地震影响系数: : 单质点弹性体系在地震时的最大反应加速度与重力加速度的比值 剪切波:就是横波。形象的说是质点振动的方向垂直于振动传播方向的一种波,有波峰、波 谷(光波)。与之相对的就是纵波,有疏密的(声波)。? ?6.动力自由度:动力自由度:简单的说就是自由度。是用了确定一个体系在振动过程中全部质量的位 置所需独立几何参数的数目。? 鞭梢效应:鞭梢效应:建筑物在受到地震作用的时候,顶部突出的小房间,因为质量刚度均相对主体 结构小,在振动每一个来回的转折瞬间,容易形成较大的速度,产生严重的破坏。(像鞭子 的尖端一样。在甩鞭子转向的过程中尖端会产生很大的速度,同样这种情况也发生在建筑结 构上)? 重力荷载代表值:重力荷载代表值:建筑抗震设计时使用的重力荷载。一般是恒载标准值和活载标准值的组 合。 ?抗震概念设计抗震概念设计:为了保证结构具有足够的抗震可靠性,在进行结构的抗震设计时必须考 虑各种银色的影响,着重从建筑物的总体上进行抗震设计。 抗震等级抗震等级 设计部门依据国家有关规定,按“建筑物重要性分类与设防标准”,根据烈度、结构类型和 房屋高度等,而采用不同抗震等级进行的具体设计。 抗震承载力调整系数抗震承载力调整系数 E 用以反映不同材料和受力状态的结构构件具有不同的抗震可靠

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