钢结构核心技术.docx

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钢结构核心技术

钢构造技术

一、什么是钢构造

钢构造工程是以钢材制作为主构造，重要由型钢和钢板等制成钢梁、钢柱、钢桁架等构件构成，各构件或部件之间普通采用焊缝、螺栓或铆钉连接，是重要建筑构造类型之一。

钢构造因其自重较轻，且施工简便，广泛应用于大型厂房、桥梁、场馆、超高层等领域。

二、钢构造应用及其前景

钢构造建筑是一种新型建筑产业体系,其融合了建筑、钢铁冶金业以及当前炙手可热房地产业。

钢构造建筑不但解决了钢铁业产品渠道问题,也提高了建筑业科技含量,在一定限度上解决了建筑业能耗和污染难题,此外,钢构造建筑为房地产业注入了新血液。

在2l世纪,钢构造建筑作为绿色建筑、低碳建筑成为建筑业关注焦点

从短期来看,钢构造建筑行业需求重要为新建厂房、体育场馆、歌剧院等公共建筑。

这些公共建筑不受地产调控影响,且地产调控使钢价稳中有降。

这就使得钢构造公司也许在成本端受益,更增进了钢构造建筑发展。

上海世博会吸引了国内外人士眼球,在这个占地5.28平方公里园区内场馆使用钢构造建筑比例高达80%,无疑是钢构造建筑发展锦上添花之作,也印证了钢构造历史舞台已经铺开。

钢材是一种不会燃烧建筑材料，它具备抗震、抗弯等特性。

在实际应用中，钢材既可以相对增长建筑物荷载能力，也可以满足建筑设计美感造型需要，还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸缺陷，因而钢材受到了建筑行业青睐，单层、多层、摩天大楼，厂房、库房、候车

材料强度高，塑性和韧性好。

刚才和其她建筑材料诸如混凝土，砖石和木材相比，强度要高多。

因而，特别合用于跨度大或者何在很大构造和构件。

钢材还具备塑性和韧性好特点。

塑性好，构造在普通条件下不会由于超载而突然锻炼；韧性好，构造对动力荷载适应性强。

良好吸能性和延展性还使钢构造具备优越抗震性能。

钢构造质量较轻。

钢材密度虽比混凝土等建筑材料密度大，但钢构造却比钢筋混凝土构造轻，因素是钢材强度与密度之比要比混凝土大得多。

以同样跨度承受同样荷载，钢屋架质量最多但是钢筋混凝土屋架1/4~1/3,冷弯薄壁型钢屋架甚至接近1/10，为吊装提供了以便条件。

对于需要远距离运送构造，质量轻也是一种重要有利条件。

屋盖构造质量轻，对抵抗地震作用有利。

钢材耐腐蚀性差。

钢材耐腐蚀性能比较差，必要对构造注意防护。

特别是暴露在大气中构造如桥梁，更应当特别注意。

钢构造这种性能使构造维护费用比钢筋混凝土构造高。

但近几年浮现耐候钢具备较好抗锈蚀性能，已经逐渐推广应用。

随着“低碳”理念日益进一步人心,建筑行业也刮起了节能减排低碳旋风。

从材料上来说。

越来越倡导绿色节能环保装修材料;从房屋构造上来说,人们越来越青睐轻钢构造和木构造;而从节能减排角度说,越来越多人把节能和环保放在首位。

　　钢构造与其她构造在建筑流程上有着很大区别。

后者整个建筑过程都集中于工地,更多是室外操作,其噪音较大,粉尘也较多,对于周边环境污染指数较高。

咱们常会受到如斯困扰,工地一天到晚轰鸣声不断、周遭灰尘较大,严重影响了居民寻常生活。

而钢构造建筑其流程可分为两个阶段:

构件制作与现场安装。

构件制作重要是由承办商在其工厂车间进行集中制作,制作完毕构建通过车、船发往工地,再进行现场安装。

整个过程在现场工作时间较短,对于周遭环境影响也较少,更符合当代“绿色”理念, 

　能源问题已成为世界各国关注重点,可持续发展是咱们追求长期目的。

然而,国内资源超支严重,在建筑业更是如此。

开山采石现象比比皆是,后裔子孙资源在不知不觉中被当代人占用。

较之其她建筑构造,钢构造由于自重减轻,基本施工取土量少,对土地这一宝贵资源破坏小且大量减少混凝土和砖瓦使用。

当房子使用寿命到期,构造拆除产生固体垃圾也少,而废钢更可100%回收,循环运用。

在某种状况下,钢构造建筑保温隔热效果也较好,可以节约居住时暖气、空调等运营费用,环保且节约资源。

此外,钢构造建筑干式施工技术,也有助于节约用水。

钢构造体系在生活应用中选取

5－6层下面某些可采用框架体系，或者运用框架——支撑体系；6层以上部

分可运用框架来支持体系，或者采用框架－混凝土剪力墙体系。

大多数高层房屋运用了双重承重体系。

　　如果框架柱之内有钢骨砼柱、H型钢柱以及钢管砼柱，前两个类型是组合柱型。

在小高层建筑中，Ｈ型钢柱用钢量比组合型要免得多。

　　如果钢支撑性能比剪力墙支持性能高，那么，在经历地震时延性低支撑所受到地震力将会非常大，但是延性好支撑所受到地震力则是非常小。

鉴于此，在抗大震方面，应采用砼剪力墙米钢支撑效果

　　钢框架砼剪力墙体系可以被划归到混合构造中，当前，科学界对它抗震性能研究还不是很充分，也没有划入抗震规范中来。

尽管眼下用比较多，但应慎重选用。

应当采用小钢柱加强核心筒，这对安装有协助。

三、钢构造优缺陷

和其他材料构造相比，钢构造具备如下特点：

1、钢构造重量轻

钢构造容重虽然较大，单与其他建筑材料相比，它强度却高诸多，因而当承受荷载和条件相似时，钢构造要比其他构造轻，便于运送和安装，并可跨越更大跨度。

2、钢材塑性和韧性好

塑性好，使钢构造普通不会由于偶尔超载或局部超载而突然断裂破坏。

韧性好，则使钢构造对动力荷载适应性较强。

钢材这些性能对钢构造安全可靠提供了充分保证

3、钢材更接近于匀质和各向同性体

钢材内部组织比较均匀，非常接近匀质和各向同性体，在一定应力幅度内几乎是完全弹性。

这些性能和力学计算中假定比较符合，因此钢构造计算成果较符合实际受力状况。

4、钢构造制造简便，易于采用工业化生产，施工安装周期短

钢构造由各种型材构成，制作简便。

大量钢构造都在专业化金属构造制造厂中制造；精准度高。

制成构件运到现场拼装，采用螺栓连接，且构造轻，故施工以便，施工周期短。

此外，已建成钢构造也易于拆卸、加固或改造。

5、钢构造密封性好

钢构造气密性和水密性较好。

6、钢构造耐热性好，但防火性能差

钢材耐热而不耐高温。

随着温度升高，强度就减少。

当周边存在着辐射热，温度在150度以上时，就应采用遮挡办法。

如果一旦发生火灾，构造温度达到500度以上时，就也许所有瞬时崩溃。

为了提高钢构造耐火级别，普通都用混凝土或砖把它包裹起来。

7、钢材易于锈蚀，应采用防护办法

钢材在潮湿环境中，特别是处在有腐蚀介质环境中容易锈蚀，必要刷涂料或镀锌，并且在有效期间还应定期维护

钢构造与其他构造相比，在使用功能、设计、施工、以及综合经济方面都具备优势，在住宅建筑中应用钢构造优势重要体当前如下几种方面：

1、钢构造住宅比老式建筑能更好满足建筑上大开间灵活分隔规定，并可通过减少柱截面面积和使用轻质墙板，提高面积使用率，户内有效使用面积提高约6％。

2、节能效果好，墙体采用轻型节能原则化预制墙板代替粘土砖，保温性能好，节能50％，每户每平方米可节约取暖纳凉费用18元。

3、将钢构造体系用于住宅建筑可充分发挥钢构造延性好、塑性变形能力强，具备优良抗震抗风性能，大大提高了住宅安全可靠性。

特别在遭遇地震、台风灾害状况下，可以避免建筑物崩塌性破坏。

如95年日本阪神大地震中，99年台湾大地震中未崩塌几乎所有为H型钢制作钢构造建筑物。

4、建筑总重轻，钢构造住宅体系自重轻，约为混凝土构造一半，可以大大减少基本造价。

5、施工速度快，工期比老式住宅体系至少缩短三分之一，因而可减少综合造价，综合造价减少5%。

加快资金周转，大大提高投资效益。

6、环保效果好。

钢构造住宅施工时大大减少了砂、石、灰用量，所用材料重要是绿色，可回收或降解材料，在建筑物拆除时，大某些材料可以再生或降解，不会导致诸多垃圾。

7、具备较高性能价格比。

8、建筑风格灵活、丰实。

大开间设计，户内空间可多方案分割，满足顾客不同需求。

9、符合住宅产业化和可持续发展规定。

钢构造适当工厂大批量生产，工业化限度高，并

且能将节能、防水、隔热、门窗等先进成品集合于一体，成套应用，将设计、生产、施工一体化，提高住宅产业水平。

四、钢构造分类

1、大跨构造

    构造跨度越大，自重在荷载中所占比例就越大，减轻构造自重会带来明显经济

效益。

钢材强度高构造重量轻优势正好适合于大跨构造，因而钢构造在大跨空间构造和大跨桥梁构造中得到了广泛应用。

所采用构造形式有空间桁架、网架、网壳、悬索（涉及斜拉体系）、张弦梁、实腹或格构式拱架和框架等。

2、工业厂房

    吊车起重量较大或者其工作较繁重车间重要承重骨架多采用钢构造。

此外，有强

烈辐射热车间，也经常采用钢构造。

构造形式多为由钢屋架和阶形柱构成门式刚架或排架，也有采用网架做屋盖构造形式。

近年来，随着压型钢板等轻型屋面材料采用，轻钢构造工业厂房得到了迅速发展。

其构造形式重要为实腹式变截面门式刚架。

3、受动力荷载影响构造

    由于钢材具备良好韧性，设有较大锻锤或产生动力作用其她设备厂房，虽然屋

架跨度不大，也往往由钢制成。

对于抗震能力规定高构造，采用钢构造也是比较适当。

4、多层和高层建筑

　　由于钢构造综合效益指标优良，近年来在多、高层民用建筑中也得到了广泛应用。

其构造形式重要有多层框架、框架－支撑构造、框筒、悬挂、巨型框架等。

5、高耸构造

　　高耸构造涉及塔架和桅杆构造，如高压输电线路塔架、广播、通信和电视发射用塔

架和桅杆、火箭（卫星）发射塔架等。

5、可拆卸构造

　　钢构造不但重量轻，还可以用螺栓或其她便于拆装手段来连接，因而非常合用于需要

搬迁构造，如建筑工地、油田和需野外作业生产和生活用房骨架等。

钢筋混凝土构造施工用模板和支架，以及建筑施工用脚手架等也大量采用钢材制作。

6、容器和其她构筑物

　　冶金、石油、化工公司中大量采用钢板做成容器构造，涉及油罐、煤气罐、高炉、热

风炉等。

此外，经常使用尚有皮带通廊栈桥、管道支架、锅炉支架等其她钢构筑物，海上采油平台也大都采用钢构造。

7、轻型钢构造

　　钢构造重量轻不但对大跨构造有利，对屋面活荷载特别轻小跨构造也有优越性。

由于

当屋面活荷载特别轻时，小跨构造自重也成为一种重要因素。

冷弯薄壁型钢屋架在一定条件下用钢量可比钢筋混凝土屋架用钢量还少。

轻钢构造构造形式有实腹变截面门式刚架、冷弯薄壁型钢构造（涉及金属拱形波纹屋盖）以及钢管构造等。

8、钢和混凝土组合构造

　　钢构件和板件受压时必要满足稳定性规定，往往不能充分发挥它强度高作用，而混

凝土则最宜于受压不适于受拉，将钢材和混凝土并用，使两种材料都充分发挥它长处，是一种很合理构造。

近年来这种构造在国内获得了长足发展，广泛应用于高层建筑（如深圳赛格广场）、大跨桥梁、工业厂房和地铁站台柱等。

重要构件形式有钢与混凝土组合梁和钢管混凝土柱等。

六、钢构造重要内容与CAD技术结合

1、钢构造CAD设计与CAM制造技术

（1）重要技术内容

推广与应用钢构造核心是钢构造欣CAD技术，CAD技术涉及：

各类钢构造建模、计算分析（平面与三维空间分析）、节点设计（框架粱柱节点、柱脚节点，桁架杆件连接节点、支座节点，排架柱脚节点、牛腿节点、支撑节点）与施工图绘制（各类钢框架、桁架、排架、网架、网壳、粱、柱等构造与构件）．钢构造CAM用于钢构造辅助制造技术，涉及杆件与板材优化下料，钢管相贯节点下料及网架与网壳杆件与节点计算机辅助加工，随着CAM技术发展，将对钢构造加工技术进步起到积极作用。

（2）技术指标

钢构造CAD设计技术可保证钢构造设计准备性，提高设计效率，CAM技术可明显提高钢构造加工效率、节约钢材，这二个技术应用对于提高设计与施工速度，减少工程成本有积极意义。

（3）合用范畴

该技术可应用于多、高层钢构造、单层门式刚架、单层工业厂房、各类桁架与屋架、大跨度体系场馆与公共建筑等钢构造设计，在保证构造安全前提下，提高设计效率、节约钢材。

2、钢构造施工安装技术

厚钢板焊接技术

（1）重要技术内容

在高层建筑钢构造柱与某些特殊大跨度重荷载桁架与梁设计与施工中，厚钢板大量应用，而影响钢构造焊接质量一种最重要因素是厚钢板焊接。

为解决厚钢板焊接司题要考虑如下因素：

材料方面应采用有z向性能规定钢板；焊缝形式应合理设计，以减小层状扯破：

焊接材料采用低氢型焊条：

焊接工序要选取适当预热温度与焊后热控制，并严格控制焊

接顺序。

（2）技术指标

对于板厚不不大于或等于40mm，且承受沿板厚方向拉力作用焊接时,应考虑厚钢板焊接问题。

板材要有Z向性能保证，符合国标《厚度方向性能钢板》GB／T5313规定。

（3）合用范畴

合用于高层、超高层钢构造柱制作焊接（箱型柱，11型柱）、粱柱节点焊接，大跨度重载粱翼缘与腹板焊接，大跨度重载桁架节点焊接等方面.

构造安装施工仿真技术

（1）重要技术内容

钢构造构安装施工仿真技术重要涉及如下四个方面:

1．大型构件吊装仿真,检查构件安装中与其他构件及支架碰撞与干涉问题，得出对的安装方式；2．施工进度仿真模仿，以直观实现对于施工进度与质量管理；3、构造安装预变形技术，涉及安装构件起拱与预变位，以最后实现构造安装完毕后对的几何位置；4．构造构件预拼装模仿。

（2）技术指标

施工安装仿真技术须依托计算机建立三维实体模型，对的反映构件与各构件在构造中关系。

在吊装仿真中要模仿构件在吊装中运动关系，以实见构件对的就位，提高施王安装效率：

施工进度模仿要反映工程中各工序关系，达到实时模仿规定。

（3）合用范畴

合用于复杂型体钢构造与大跨度钢构造安装

大跨度空司构造与大型钢构件滑移施王技术

（1）重要技术内容

大跨度空间构造与大型钢构件在施工安装时，为加快施工进度、减少脚手架、保证焊接安装质量，可采用滑移施工技术。

滑移技术是在建筑物一测搭设一条施工平台，在建筑物二边或跨中铺设滑道，所有构件都在施工子台上组装，分条组装后用牵引设备向前牵引滑移（可用分条滑移或整体累积滑）。

构造整体安装完毕并滑移到位后，拆除滑道实现就位，

（2）技术指标

构造滑移没计时要对滑移工况进行受力性能验算，保证构造杆件内力与变形符合规范规定。

滑杉牵引力要对的计算，?

当钢与钢面滑动磨擦时。

磨擦系数取0.12-0.15：

?

当滚动磨擦时，滚动轴处磨擦系数取0.1。

滑移时要保证同步，位移不同步应不大于50mm。

（3）合用范畴

合用于大跨度网架构造平面立体桁架（涉及曲面桁架）及平面形式为矩形钢构造屋盖安装施工．

大跨度空间构造与大跨度钢构造整体顶升与提高施工技术

（1）重要技术内容

对于大跨度屋盖与钢构造，具备地面拼装条件，又有较好周边支承条件时，可采用整体顶升与提高技术。

屋盖与钢构造在地面安装为一种整体后，运用周边支承构造或暂时扒杆，应用顶升或提高技术将构造整体顶升或提高，顶升或提高施工时应用计算机精准控制各点同步性．顶升用实心千斤项，运用千斤顶与暂时支架相配合遥级顶升，提高用穿心双作用千斤顶，且可持续提高。

（2）技术指标

对于整体顶升与提高时，要作施工状态下构造整体受力性能验算，并计算各顶、提点作用力，配备千斤顶。

对于施工支架或下部构造应验算承载能力与整体稳定性。

施工时各作用点同步应控制于不不不大于30mm。

（3）合用范畴

合用于大跨度网架构造、桁架构造、大型钢构造与构件整体安装与施工。

3、钢与混凝土组合构造技术

（1）重要技术内容

钢与混凝土组合构造重要涉及钢管混凝土、型钢混凝土与组合梁．钢管混凝土可明显减小柱截面尺寸，提高承载力；型钢混凝土承载能力高，刚度大且抗震性能好；组合粱承载能力高且高跨比小。

铜管混凝上施工简便，梁柱节点采用内环板或外环板式，施工与普通钢构造一致，钢管内混凝上可采用高抛免震捣混凝土，核心技术是设计合理粱柱节点与保证钢管内浇捣混凝上密实性。

型钢混凝土除了钢构造长处外还具备混凝土构造长处，同步构造具备良好防火性能。

其核心技术是如何合理解决梁柱节点区钢筋穿筋问题，以保证节点良好受力性能与加陕施工速度。

组合粱是在钢粱上部浇筑混凝土，形成混凝土受压。

钢筋受拉截面合理受力形式，充分发挥钢与混凝土各自受力性能．组合粱施工时，钢梁可作为模板支撑。

组合粱设计时要保证钢粱与混凝土结合面抗剪性能，又要充分考虑钢梁各工况下从施工到正常使用各阶段受力性能。

（2）技术指标

钢管混凝上设计时应遵循《钢管混凝上构造设计与施工规程》CECS28：

90规定。

型钢混凝土设计时应遵循《型钢混凝土组合构造技术规程》JGJ138-规定。

（3）合用范畴

钢管混凝土特别适合应用于高层、超高层建筑柱及其他有重载承载力没计规定柱：

型钢混凝土适合于高层建筑外框柱及公共建筑大柱网框架与大跨度粱设计；组合粱合用于构造跨度较大而高跨比又有较高规定楼盖构造。

4、预应力钢构造技术

（1）重要技术内容

预应力钢构造是指索构造或索与其他构造组合杂交构造。

涉及索构造，斜拉构造、张弦粱构造、横向加劲单曲悬索、预应力网架与预应力网壳构造等方面。

预应力钢构造明显改进构造受力性能，且有构造性能好．构造优、用钢量省、实现构造控制等诸多长处。

预应力钢构造，其核心点是依托索（斜拉索、拉索、悬索）通过预应力技术对构造建立与增大刚度。

预应力实既有各种方式，涉及索张拉及构造体系支座逼迫位移等．索可根据设计规定采用整体索或钢绞线集成索或直接为高强钢拉杆，预应力张拉时宜分步到位，并必要作模仿计算分析。

（2）技术指标

索普通采用1860NPa级高强钢丝或高强钢绞线,其设计强度普通取0.4倍索原则强度。

（3）合用范畴

预应力钢构造广泛合用于各种类型大跨度公共建筑涉及体育场馆、候机候车厅、展览馆，建筑造型丰富、构造性能优秀，有较好应用前景。

5、住宅构造技术

（1）重要技术内容

采用钢构造作为住宅重要承重构造体系，对于低密度住宅以采用冷弯薄壁型钢构造体系为土，墙体为墙柱加石膏板，楼盖为c型搁栅加轻板：

对于多层住宅以钢框架构造体系，楼板宜采用混凝土楼板，墙体为预制轻板或轻质砌块。

多层钢构造住宅另一种方向是采用带钢板剪力墙或与普钢混合轻钢构造：

对于高层住宅，则山日框架与混凝土简体组合构成混

合构造或以带钢支撑框架构造。

（2）技术指标

对于低层冷弯薄壁型铜住宅体系，其总构造用钢量为22—25kz／m2，开间尺寸为3.3m～4.8m；多层钢框架住宅体系，其钢构造用钢量为35～40ks／m2，开间尺寸以3.3m—4.5m为宜；高层铜框架混合构造或带钢支撑钢框架体系，其钢构造用钢量为50ks／m左右，开间尺寸为3.3m—7.2m为宜

（3）合用范畴

冷弯薄壁型钢可广泛应用于低层住宅（1~3层）建设；钢框架构造可广泛应用于多层住宅（1~4层）建设；钢与混凝土构造或带钢支撑框架构造可应用于地层住宅（9~24层）建设；钢构造住宅建设要义产业化为目的做好墙板配套工作，以试点工程为基本做好钢构造住宅推广工作。

6、高强度钢材应用技术

（1）重要技术内容

对承受较大动荷载焊接钢构造，选材需要考虑可焊性好、冲击韧性高、强度较高、厚板焊接效应不明显得优质钢材。

现国内开发研制14MnNbq和15MnVNq桥梁钢，可达到上述规定，与其国标GB/T714-相应牌号为Q370qE和Q420qE。

（2）技术指标为：

14MnNbq（Q370q-E）和15MnVNq（Q420q-E）桥梁钢应正火交货。

14MnNbq（Q370q-E）钢板厚t≤24mm钢板经双方合同可按控轧或正火交货。

重要技术指标为：

14MnNbq钢屈服强度：

t=50~6mm；分别≥340-370Mpa

抗拉极限强度：

t=50~6mm；分别≥490-685Mpa

冲击韧性：

-40℃时?

t≤24mm，Akv≥100J；t>24mm，Akv≥120J

最大社用钢板厚度tmax:

50mm

5MnVNq钢：

屈服强度：

t=60--25mm；分别≥420--430Mpa

抗拉极限强度：

t=60--25mm；分别≥560--580Mpa

冲击韧性：

-40℃时?

Akv≥100J

最大社用钢板厚度：

tmax：

56mm

（3）合用范畴

合用于大型铁路桥梁用钢、低温地区焊接钢构造、其他承受重荷载焊接钢构造。

（4）已应用典型工程

该技术在九江长江公路铁路大桥、芜湖公路铁路大桥、秦沈铁路客运专线结合梁钢梁、榆怀线长寿长江大桥、青藏铁路结合梁钢梁、长东铁路黄河桥等大型工程中应用，经济效益明显。

7、钢构造防火防腐技术

（1）重要技术内容

钢构造防火防腐技术对于钢构造安全性能与耐久性起着极为重要作用。

就钢构造防火技术来说，普通采用防火涂料或防火板材预以保护。

防火涂料分为超薄型、膨胀型与厚型三种类型。

超薄型防火涂料，厚度最厚仅为2．6mm，采用辊涂、刷涂或喷涂；膨胀型防火涂料，最大厚度可达7mm，采用喷涂办法施工；当无装饰规定期，可采用不带矿物纤维非膨胀厚型无机防火涂料，最大厚度为50mm，采用涂抹或喷涂办法施工。

对某些粱柱需要包裹状况厂还可以应用防火板材包裹，达到保护目。

采用各类防火涂料与材料必要得到消防部门指定检测机构承认，施工时必要按规定多道喷涂或涂刷，严格达到设计防火涂料厚度规定。

钢构造防腐按钢构造使用规定而定，普通状况下用常规防锈漆即可，当所处环境条件较恶劣时必要要采用性能优秀防腐涂料如富锌类涂料或采用耐侯钢．

（2）技术指标

按构件建筑防火规定与对构造外观规定选用适当防火涂料，超薄型防火涂料，厚度0.6mm一2.6mm，其耐火极限为0.5小时至2.5小时；膨胀型防火涂料，厚度3.0mm一7.0mm，其耐火极限为0.5小时至2.5小时；厚型无机防火涂料，厚度8.0mm一50.0mm，其耐火极限为0.5小时至3.0小时。

（3）合用范畴

防火涂料或防火板材广泛应用于各类钢构造保护，各类公共建筑中当外观规定较高时采用超薄型防火涂料，各类大跨度构造常采用膨胀型防火涂料，而大量高层钢构造则惯用厚型防火涂料保护．