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DISEÑO DE ARMADURA DE ACERO
Tipo de armadura:
La propuesta para la geometría de la armadura en análisis, tendrá forma regular,
Se considera este criterio tomado, teniendo en cuenta la luz libre, la carga, el tipo
de cubierta, la iluminación y la ventilación. Cabe resaltar que éste tipo de armadura tiene lacaracterística de que los miembros de su alma están sujetos a esfuerzos muy pequeños, además
ha probados ser muy popular en almacenes, supermercados, garages y construcciones
industriales pequeñas.
Teniendo en cuenta los detalles, estamos considerando las siguientes características:
Luz : 8.30 m
Flecha máxima: Se considera entre el 10 y 20% de la luz. Asumiendo el promedio obtenemos
una flecha 1.66 m ........(10%)
se asumio: 1.95 m
Para el caso de las viguetas se colocarán teniendo en cuenta las dimensiones de la cobertura.
Además se utilizarán planchas Teja Andina, cuyas especificaciones técnicas son.
- Largo: 1.14 m
- Espesor: 5.00 mm
- Ancho: 0.72 m
- Peso: 8.4 Kg./plancha
Medidas útiles para el cálculo:
- Largo: 1.00 m
- Ancho: 0.69 m
Por lo tanto la separación de viguetas está en función de la longitud de la plancha (cobertura),
el cual es de 1.60 m, utilizando para su construcción el acero corrugado de f 1/2”.
Separación lateral y apoyo de armaduras:
La separación tomada para nuestro proyecto es de 8.30 m ,la cual se encuentra entre el
rango usual especificado (3.35 a 9.14m), teniendo como apoyos a columnas de 3
de alto sobre las cuales se va a apoyar la estructura; en estas columnas usaremos concreto
armado de f’c = 210 Kg/cm2
PREDIMENSIONAMIENTO DE LA SECCION DE LAS COLUMNAS
1. - Primer Método
Según Grinter:
Para claros de 40 pies (12.192 m) el peso estimado de la armadura varia entre 2 y 3.5 lb/pie2
de superficie de techo (10 y 17.5 kg/m2). Por cada 10 pies de incremento de claro hasta 80 pies,
los valores indicados deben aumentarse aproximadamente en una libra.
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Usaremos la siguiente fórmula: Naves Industriales
P =(12 + H) {L (S + 10) 2} 1 /3
30
Donde:
H = altura prom. de piso a techo = 1.95 mL = luz libre = 8.30 m
S = sobrecarga
P = peso de la armadura (kg/m2)
Para efectos de análisis de ésta fórmula se ha considerado:
- Sobrecarga S = 30 kg/m2 (NPE E-020 3.4.1.4)
P = 11.01 kg/m2 (carga muerta)
= CM
1.- DISEÑO DE LA ARMADURA TIPO I:
1.1.- CALCULO DE LAS SOLICITACIONES DE DISEÑO:
A) CARACTERISTICAS:
De acuerdo a la arquitectura alcanzada se tiene:
Luz libre = 8.30 m
Flecha = 1.95 m
B) SEPARACION ENTRE ARMADURAS
3.79 m en cada
3 armadu
C) ANCHO TRIBUTARIO:
El ancho tributario correspondiente es: 3.79 m
1.4.- CALCULO DE SEPARACION DE VIGUETAS:
La distancia de viguetas será de 0.90 m entre ejes.
2.- METRADO DE CARGAS:
I.- CARGA MUERTA DEL TECHO: CM
CM = WD1+ WD2 + WD3 + WD4
CM = Carga Muerta total.
La separación entre armaduras es de
11.01 kg/m2
DISEÑO DE LA COBERTURA
Peso de la Armadura P =
En la dirección principal de la estructura se tienen
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Según la fórmula del peso aproximado para naves industriales tenemos:
P =( (12 + H) * { L (S + 10) ^ 2 } ^ 1/3)/30
WD1 = P = 11.01 kg/m2
donde : P : peso de la estructura (kg/m2)
H : flecha (m)
L : luz en metros (m)S : sobrecarga en cobertura
WD1= 11.01 kg/m2
WD1 * at = 41.73 kg/ml
Donde: "at"= ancho tributario.
B .- PESO DE LA COBERTURA : WD2
De las especificaciones del fabricante, tenemos:
- Medida del Producto : Largo (m) Ancho (m) Esp. (mm) Pes
1.14 m 0.72 m 5.00
- Medidas Utiles : Largo (m) Ancho (m) Area (m2)
1.00 0.69 0.69
WD2= 12.17 kg/m2
WD2 * at = 46.14 kg/ml Donde: "at"= ancho tributario.
C .- PESO DE VIGUETAS : WD3
Peso estimado de viguetas: de 2 - 5 lb/pie2
Se asume un valor de: 2.5 lb/pie2
Obtenemos: 12.20 kg/m2
Ancho Tributario: 3.79 m
Longitud máxima
entre viguetas : 0.90 m
WD3 = 46.24 kg/ml
D.- PESO DE ARRIOSTRES:
6.71 kg/ml
POR LO TANTO:
CARGA MUERTA (CM) = WD1 + WD2 + WD3 + WD4
CM = 140.82 kg/ml
CM = 37.15 kg/m2
Luego : WD2 = Peso / Area util
Arriostres WD4 = 5%( WD1+WD2+WD3) =
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F =
L = 11.20 m
II.- CARGA VIVA DEL TECHO: WLr
De acuerdo al N.P.E., considera una sobrecarga de = 30 kg/m2
(Según el capítulo 03, 3.4.1.4)
Carga Viva para techos con coberturas livianas
Analizando por ml
30 * at. = 113.7 kg/ml
CL = 0.114 ton/ml
III.- CARGA DE VIENTO DEL TECHO: WL
Según la N.P.E. ( Capítulo 5.4 ) La carga exterior del viento es :
Ph = 0.005 C * ( Vh ) ^2
Donde :
Ph = Presión o succión del viento a una altura h (kg/m2)
C = Factor adimensional
Vh = Velocidad de diseño a una altura h (km/h)
Superficies inclinadas entre 15º y 60º
Presión Succión
C. barlovento 0.7 -0.3
C. sotavento -0.6
Según N.P.E. Capítulo 01, 5.3
Velocidad de diseño del viento: Vh = V * ( h/10 )^0.22
Donde : V = velocidad de diseño hasta 10 metros de altura en km/h
Para vientos h 10m. ==> V = 75 km/h
Velocidad del viento : ( Vh )
hc= 3.90 m.
F = 1.95 m. ===> h = hc + F = 5.85 m.
66.66==> Vh =
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Barlovento : Sot
Presión Cw = 58.94 kg/ml
Succión Cw = 25.26 kg/ml Cw = 50.5
Barlovento Sotavento
Presión Succión
CV2= 33.68 Kg/m CV1= 50.52 Kg/m
Cálculo de las reacciones para la carga de viento
CV2
CV1
CV2 CV1 F =
L = 11.20 m.
IV.- CARGA SISMICA HORIZONTAL DEL TECHO: E
según N.P.E. Capítulo 03
Tendremos en cuenta las siguientes consideraciones:
-La edificación pertenece a La categoria A de La Norma Sismo-Resistente
tiene un factor de uso: U = 1.5
-Factor de zona : Z = 0.4
-Factor de uso e importancia, considerando un suelo tipo III
tenemos : S = 1.4
y Tp = 0.92
-Coeficiente sísmico : C = 2.5 * ( Tp/T )^1.25 ó C < = 2.5
donde T = Hn/Ct
Hn = altura de la edificación
Hn = 5.85 m.
Ct = 35 (sistema aporticado)
T 0 1
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Z = factor de zona = 0.4
U = factor de Uso = 1.5
S = factor de amplificación del suelo = 1.4
C = Coeficiente sísmico = 2.5
R = Coeficiente de reducción de la
fuerza sísmica = 9.5
P = Peso del edificio
V = 0.221052632 P
Para el calculo de E1 tomaremos el siguiente cálculo de P
sin tomar el peso del techo
Cálculo de P:
Ac = área de columna = 0.123 m2
Peso de las vigas = 2 * LT * (b*h ) * 2.4 = 8.7318 Ton.
Peso de columnas = 2*n*hc * b*t * 2.4 = 4.91 Ton.
P = 13.65 Ton.
Entonces:
V = 3.02 Ton.
Carga sísmica horizontal : E1 = V / n ( donde n es el # de pórticos )
n = 3
E1 = 1.005 Ton.
F =
E1
L = 11.20 m.
Para el cálculo de E2 tomaremos solamente el peso
del techo
Cálculo de P:
Peso del techo = WL*at * L * n = 3.82 Ton
Sobrecarga = 0.03 * L *LT = 0.94 Ton
P = 4.76 Ton
Entonces:
1 0
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Cálculos de los esfuerzos debido a la carga horizontal sísmica
F
1.46 m
L = 11.20 m.
Donde h = 3/4 * F
3.- ESFUERZOS DE DISEÑO
Carga de Diseño : Combinaciones de carga.
Wu = 1.4*CM
Wu = 1.2*CM + 0.5*CV + 0,8Cw
Wu = 1.2*CM + 1.3*Cw + 0.5*CV Descripción
Wu = 1.2*CM + 1CS CM = Carga muerta
Wu = 1.2*CM - 1CS CV = Carga Viva Maxima.
Wu = 0.9*CM + 1.3*Cw CS = carga de sismo.
Wu = 0.9*CM - 1.3*Cw Cw = Carga de viento.
Wu = 0,9*CM + 1CS
Wu = 0,9*CM - 1CS
Los esfuerzos en las barras se hallaron mediante el programa sab-2000:
CARGAS A LOS NUDOS:
1. CARGA MUERTA: 0.141 T/m
NUDO L. (m) L nudo
1 0 0.525
2 1.05 1.55
4 2.05 2.025
6 2 2
8 2 2.15
10 2.3 1.675
12 1.05 0.525
2. CARGA VIVA: 0.114 T/m
NUDO L. (m) L nudo
1 0 0 525
Wu = 1.2*CM + 1.6*CV
0.285
Carga en nudo (Tn)
0.074
= 1.46 m
0.218
0.282
0.303
0.236
0.074
Carga en nudo (Tn)
0 060
E2
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3. CARGA VIENTO: BARLOVENTO 0.034 T/m
SOTAVENTO 0.051 T/m
CARGAS VERTICALES
NUDO L. (m) L nudo
1 0 0.5252 1.05 1.55
4 2.05 2.025
6 2 2
8 2 2.15
10 2.3 1.675
12 1.05 0.525
CARGAS HORIZONTALES
NUDO L. (m) L nudo
1 0 0.165
2 0.33 0.65
4 0.97 1.285
6 1.6 1.6
6 1.6 0.8 NUDO 6
8 0.97 0.485
10 0.33 0.165
12 0 0
0.052
0.068
Carga en nudo (Tn)
0.018
-0.017
-0.109
-0.085
-0.027
0.022
0.043
0.040
0.025
0.008
0.000
Carga en nudo (Tn)
0.006
0.054
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I.- DISEÑO DE VIGUETAS:
a) pre dimensionamiento
h = luz b = luz
20 14
h = 7.3 0.365 b = 7.3 0.5220 14
b ) Cálculo de la carga muerta:Peso de viguetas: 10.00 kg/mlPeso de cobertura 4.03 kg/ml
14.03 kg/mlC.M = 14.03 kg/ml
c ) Cálculo de la carga viva:De acuerdo con la N.P.E. Se considera para carga viva 30 kg/m2
C.V = 30 kg/m2 * S.e.vC.V = 7.82 kg/ml
d ) Combinaciones de carga:
i) Wu = 1.4*Dii) Wu = 1.2*D + 1.6*L
i) Wu = 19.64 kg/ml luego optamos por el mayor valor:ii) Wu = 29.35 kg/ml Wu = 29.35 kg/ml
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e ) Cálculo del Momento Máximo y Cortante Máximo:
Predimensionado de la vigueta:
Longitud de vigueta (sep.entre armaduras) =
7.3M h
h > = L/20 : 0.37 m.T
Por lo tanto se asume h = 0.35
M máx :(W * L^2) / 8 = 195.52 kg - m.V máx :(W * L) / 2 = 107.13 kg.
Sabemos que T = C = M máx / d
Además d = 95% de h: d = 0.33 m.
Por lo tanto:
T = C = 588.03 kg.
f) Diseño de la Brida Supeior:(trabaja en compresión)
T1 = C/2= 294.015 kg
Suponiendo:
i) Esbeltez:
K = 1.000L = 47.000 cm
Ø" = 1/2 = 1.27 cm.r = Ø/1 = 0.635 cm
K*L/r = 74.015748Para:
Esbel = 74.02Fy = 2500.0 kg/cm2
Se tiene:
Esbel. Øfcr 74 1115
74.016 1114.9 usando tabla
75 1108
Øfcr = 1114.9 kg/cm2
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ii) Area requerida.
Pu = Øfcr*Ar Pu = 1415.9 kg. T1 = 294.015 kg.
Como: Pu > T1 ...cumple
g ) Diseño de la brida inferior:(trabaja en tracción)i) Fluencia:
Pu = Ø fy * Ag donde : Ø = 0.9Ag = Pu / Ø fy Pu = 588.03 kg.
fy = 2500 kg/cm2 Ag = 0.261 cm2
luego: se usara varillas de Ø 1/2 " (área 1.27 cm2 )
g ) Diseño de la diagonal:
Adoptamos un Ø 1/2", entonces:Vu (para la diagonal en compresión)= Vmáx-W * L /2 = 106.98 kg.
Ø = arctan (L / (2*h)) = 36.61Fd = Vu / cos Ø = 732.52 kg.
Fd Ld = h / cos Ø = 43.60 cm.Ld r = Ø / 4 = 0.3175 cm.
L / 2Esbeltez : Ld / r = 137.32 < 200 ok!
Cálculo de Ø fcr (tabla):Para : Se tiene :
Ld / r = 137.32 Ld / r Ø fcr Fy = 2500 kg/cm2
137.32 556.44Por lo tanto :
Ø fcr = 556.44 kg/cm2
Entonces debe cumplirse que Ag * Ø fcr > Fd : Ag (Ø 1/2) = 1.27 cm2
Ø fcr = 556.44 kg/cm2
Donde Fu = 706.68 no cumple, asumir otro diametro de Ø
usar Ø 1/2 "
h) Elementos de Arriostre:.No absorven ningún esfuerzo directamente, por lo que se considerará:
usar Ø 1/2 "
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DISE O DE LAS CONEXIONES DEL AR-01.
1.1. PERNO PASADOR.
g = 775 Kg/cm² (esfuerzo de corte)sap = 1690 Kg/cm² (esfuerzo de aplastamiento)
b = 1900 Kg/cm² (esfuerzo de flexión)
Placa Soporte
Placa de Apoyo
Pasador
Fuerza Total del Pasador:
V Rc 8.409 Ton5.31
Rc = 8408.7 KgH6.52
sa = P / A 4204
775
Rc / 2 Rc / 2 A = 5.42 cm²
5.42 f = 2.63 cm.f = 1.03 pulg
Diámetro del pasador : f = 1.50 pulg
Se usará para acero de alta resistencia con las siguientes propiedades
=+=22
H V Rc
==
a
Rc A
s
2/
=
4
*2f p
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1.2. ESPESOR DE PLACAS DE APOYO.Esfuerzo en los Apoyos:
P = Rc / 2 (2 apoyos)P = 4204.36 Kg t
f P
s ap = P / Aap
t = P / (s ap * f) =1690 (3.81)
Aap = área de aplastamiento Aap = f * t
t = espesor de Placas de Apoyot = 0.65 cmt = 0.26 pulg.t = 1/2 pulg.
1.3. ESPESOR DE PLACAS DE SOPORTE.
sap = P / Acpt = P / (sap * f) =
1690 (3.8)
t = espesor de Placas de Soportet = 0.65 cmt = 0.26 pulg.t = 1/2 pulg.
4204.36
4204.36
Como se puede apreciar el espesor de las placas de soporte y de apoyo es elmismo por lo tanto ambas placas son iguales.
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1.4. REPLANTEO DE DIMENSIONES, PERNO PASADOR Y ESPESORES DE PLACAS.1.4.1. PERNO PASADOR.
*) MOMENTO ACTUANTE SOBRE EL PLANO
P P
M = P ( t + 0.32 )
t + 0.32 M = 6684.9 Kg.mSeparación Libre
Momento Resistente del perno sólido
donde: sb= 1900 Kg/cm² (por flexión)
f = 6684.9 * 321900
f = 4.821 cm
f = 1.928 pulg.f = 2 pulg.
1.4.2. PLACAS DE SOPORTE Y PLACAS DE APOYO.
t = P / (sap * f) =1690 4.8
t = espesor de Placas de Soportet = 0.516 cmt = 1/4 pulg.t = 1/2 pulg.
1.5. DIMENSIONADO DE PLACAS DA APOYO.
Placa en ocTavo
A1 = Area de la sección 1_1
A2 = Area de la sección 2_2
A3 = Area de la sección 3_3
4204.36
Pu
45°
dp
da
b1
b2
a
d
1
1
2 2
3
=
×××
=
32
3f p s b M
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*) Por FluenciaPu / d.t £ f fy f = 0.9
d > Pu / f fy t
d >0.9 (2500) (0.635)
PG E-25 fy = 2500 Kg/cm²Corrug. fy = 4200 Kg/cm²
d > 2.94 cm
1.6. Dimensionamiento de las Placas de Soporte.
Ls< 2"*"2*3/16" 20
30
e = 2/4 "
P = Nmáx / 4 = 232644
P = 5816 Kg
Ls = P / Fa
Ls = 5816319.8733
Ls = 18.18 cmLs = 23 cm
Donde :
Ls = Longitud de SoldaduraFa = Esfuerzo Admisible = 9.50 * .707 WW = Dimensión Original de Soldadura 3/16 (4.76) mmFa = 9.50 * .707 * 4.76 = 31.99 Kg/cm
1.7. DISEÑO DE LOS PERNOS DE ANCLAJE.
USAR : 6 f 1" (6 pernos de 1")
Longitud de anclaje = 25 cm. (incluido gancho = 2.5cm)
Peralte del Tijeral
Para planchas gruesas ( 5.0 - 50 mm ): consideraciones SIDERPERU
4204.36
dx x x A ×÷ ø öçè æ -××= ò 32132442
160
=×÷ ø öçè æ -×= ò dx x x A 32107.1
16
0
=×=
fy
Mutp
9.0
4
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DISEÑO PARA 2*2*3/16"
CARGA
* Capacidad del ángulo:Pu = Ø*Fy*Ag
Fy = 2500 kg/cm2Ø = 0.9
Ag = 4.61 cm2Pu = 10372.50 Kg
* Tamaño de soldadura (D)D min = 3/16 pulg.D max = t-1/16 = 5/16 pulg.
Se usará D = 5/16
* Plano de falla
* Resistencia de diseño de soldadura (Tabla J 2.5)Fw = .60 Fexx Fexx = Resistencia del electrodo
Fw = 42 Ksi
* Carga Pu’/pulg
D
DØ = 0.75 A = 0,7071D*1" =
(1 kip = 0,4536 Tn)
Pu’ = 3.16 Tn Fw = 42 Ksi
* Longitud requerida LnL = Pu/Pu’ Pu = Capacidad del ángulo = 10.37 Tn
Pu’ = 3.16 Tn
1".................... 3.16 TnL".................. 10.37 Tn
L = 3.29 pulg.
0.22 pulg2
Pu’ = Ø*A*Fw = 6.96 Kips
Diseño de Soldadura
garganta: .7071D = 0.22 pulg.
Fexx = 70 Ksi
1"
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3.5 pulg.L1
2"1"
excentricidad1.45 cm
L2
* Balanceo de soldadura por excentricidad
Tomando Momentos :
15.04 = 8.02 + L1x3,16x2x2,54
L1 = 0.44 cmL1 = 0.20 pulg.
L2+L1+ 1" = 3.50 pulg.L2 = 2.30 pulg.
* Revisión de bloque de cortante - Fractura por tensión y fluencia por cortante
Ø = 0.75Fu = 4080 kg/cm2
Ant = 2.42 cm2
Fy= 2500 kg/cm2 Arg = 3.02 cm2
10.81 Tn
- Fractura por cortante y fluencia por tensión
Ø = 0.75Fu = 4080 kg/cm2Fy = 2500 kg/cm2
Atg = 2.42 cm2 Ans = 3.02 cm2
10.09 Tn
Pbs = 10.81 Tn ok
L redondeando =
Pu*excentricidad = 1"x(Pu´)x1x2,54+ L1xPu´x2x2,54
Pbs = Ø*(Fu*Ant + 0.6*Fy*Arg) =
Pbs = Ø*(Fy*Atg + 0.6*Fu*Ans) =
> 10.37 Tn
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DISEÑO PARA
CARGA
* Capacidad del ángulo:Pu = Ø*Fy*AgFy = 2500 kg/cm2Ø = 0.9
Ag = 2.32 cm2Pu = 5220 Kg
* Tamaño de soldadura (D)D min = 3/16 pulg.D max = t-1/16 = 5/16 pulg.
Se usará D = 5/16
* Plano de falla
* Resistencia de diseño de soldadura (Tabla J 2.5)Fw = .60 Fexx Fexx = Resistencia del electrodo
Fw = 42 Ksi
* Carga Pu’/pulg
Ø = 0.75 A = 0,7071D*1" = 0.22 pulg2
D
(1 kip = 0,4536 Tn)
D Pu’ = 3.16 Tn Fw = 42 Ksi
* Longitud requerida LnL = Pu/Pu’ Pu = Capacidad del ángulo = 5.22 Tn
Pu’ = 3.16 Tn
1".................... 3.16 TnL".................. 5.22 Tn
L = 1.65 pulg.
2 pulg.
1 1/2*1 1/2*1/8"
garganta: .7071D = 0.22 pulg.
Fexx = 70 Ksi
Pu’ = Ø*A*Fw = 6.96 Kips
L redondeando =
1"
7/14/2019 Diseño de Tijerales
http://slidepdf.com/reader/full/diseno-de-tijerales-56327da4c0601 19/19
L1
1,5"0,5"
excentricidad
1.07 cmL2
* Balanceo de soldadura por excentricidad
Tomando Momentos :
5.59 = 4.01 + L1x3,16x1,5x2,54
L1 = 0.13 cmL1 = 0.10 pulg. L2 =
L2+L1+ 1" = 2.00 pulg.
* Revisión de bloque de cortante - Fractura por tensión y fluencia por cortante
Ø = 0.75Fu = 4080 kg/cm2
Ant = 2.42 cm2Fy= 2500 kg/cm2
Arg = 1.21 cm2
8.76 Tn
- Fractura por cortante y fluencia por tensión
Ø = 0.75Fu = 4080 kg/cm2Fy = 2500 kg/cm2
Atg = 2.42 cm2 Ans = 1.21 cm2
6.76 Tn
Pbs = 8.76 Tn ok > 5.22 Tn
Pu*excentricidad = 0,5"x(Pu´)x1x2,54+ L1xPu´x1,5x2,54
0.90 pulg.
Pbs = Ø*(Fu*Ant + 0.6*Fy*Arg) =
Pbs = Ø*(Fy*Atg + 0.6*Fu*Ans) =
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