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1、建筑技術(shù)概論第一章 建筑結(jié)構(gòu)體系第一節(jié).建筑結(jié)構(gòu)的基本概念 1.定義:什麼是結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)是建筑物的基本受力骨架 結(jié)構(gòu)的作用:承擔荷載目錄一.建筑結(jié)構(gòu)體系 二.建筑聲環(huán)境設計三.建筑光環(huán)境設計四.建筑熱環(huán)境設計五.建筑防火設計六.無障礙設計七.生態(tài)建筑技術(shù)第一章 建筑結(jié)構(gòu)體系2.定義:什麼是荷載荷載:自重、外部荷載作用(活荷載、風荷載、雪荷載、和地震作用等)、變形作用(溫度變化引起的變形、地基沉降等)、環(huán)境作用(大氣污染作用等)什么是恒載:第一章 建筑結(jié)構(gòu)體系什么是活載:3.多層與高層建筑物的結(jié)構(gòu)型式第一章 建筑結(jié)構(gòu)體系第二節(jié).混合結(jié)構(gòu)體系 1-1混合結(jié)構(gòu)的定義、優(yōu)缺點1-2混合結(jié)構(gòu)房屋的墻體布置1
2、-3現(xiàn)澆式樓蓋1-1混合結(jié)構(gòu)的定義、優(yōu)缺點一、定義同一房屋結(jié)構(gòu)體系中采用兩種或兩種以上不同材料組成承重結(jié)構(gòu)磚混結(jié)構(gòu):鋼筋混凝土樓蓋和磚墻承重二、優(yōu)缺點.優(yōu)點:()主要承重結(jié)構(gòu)用磚砌()房屋縱橫墻體布置容易滿足剛度要求()混凝土、鋼材主要用于樓屋蓋上,造價低.缺點:()磚砌體強度低,層數(shù)受限制。()抗震性能差()施工速度慢解決辦法:大型墻板和砌塊1-2混合結(jié)構(gòu)房屋的墻體布置一、墻體布置方案(一)橫墻承重方案(二)縱墻承重方案(三)縱橫墻承重方案(四)內(nèi)框架承重方案(一)橫墻承重方案受力特點:主要靠橫墻支撐樓板橫墻:承重縱墻:維護、分隔、維持橫墻的整體作用、承擔自身重量優(yōu)點:()橫墻較密,房屋橫向
3、剛度大,整體剛度好()外縱墻立面處理方便,可設較大洞口缺點:橫墻較密,房間布置不靈活使用范圍:宿舍、住宅(二)縱墻承重方案受力特點:板荷載傳給梁,由梁傳給縱墻縱墻:承重橫墻:滿足房屋剛度和整體性優(yōu)點:房間空間大,房間布置靈活,墻面積小缺點:房屋橫向剛度差,縱墻較厚或要加壁柱使用范圍:使用上要求有較大空間或隔墻位置可能變化的房屋(三)縱橫墻承重方案受力特點:縱橫墻共同承重優(yōu)點:房間開間和進深能滿足使用要求,房屋橫向剛度比縱墻承重方案大(四)內(nèi)框架承重方案鋼筋混凝土柱代替內(nèi)承重墻受力特點:外墻和內(nèi)柱共同承重優(yōu)點:可獲得較大的使用空間缺點:()房屋空間剛度差()墻柱易發(fā)生不均勻沉降使用范圍:使用上要
4、求有較大空間的房屋1-3、現(xiàn)澆式樓蓋的選型結(jié)構(gòu)型式:單向板肋梁樓蓋、雙向板肋梁樓蓋樓板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析樓板傳力分析單向板:兩對邊支承,或四邊支承而l1/l2 2優(yōu)點:計算簡便,結(jié)構(gòu)簡單,施工方便雙向板:四邊支承而且l1/l2 2優(yōu)點:梁較少,接近正方形,天棚平整,外形美觀,適用于門廳部分或公共建筑的的樓蓋缺點:配筋構(gòu)造復雜,施工不方便現(xiàn)澆樓蓋的傳力系統(tǒng)單向板:板次梁主梁柱或墻基礎(chǔ)地基雙向板:板梁柱或墻基礎(chǔ)地基不同結(jié)構(gòu)形式樓蓋的優(yōu)缺點現(xiàn)澆式樓蓋裝配式樓蓋裝配整體式樓蓋優(yōu)點整體性,耐久性,抗震性較好,靈活性較大節(jié)約材料,造價低,施工進度快,有利于建筑工業(yè)化綜合了前兩種優(yōu)點缺點耗費材料,造價較高,施工
5、工期長。整體性抗震性較差,靈活性不好。使用的限制條件比較多。第一章 建筑結(jié)構(gòu)體系第三節(jié).高層建筑結(jié)構(gòu)3-1 國內(nèi)外高層建筑的發(fā)展概況 3-2 高層建筑的基本定義 3-3高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系 高層建筑是近代經(jīng)濟發(fā)展和科學技術(shù)進步的產(chǎn)物,至今已有100余年的歷史。 多年來,世界上最高的高層建筑集中在美國、加拿大,直到80年代末,北美洲一直是世界高層建筑的中心。按1991年公布的排行表,在世界上最高的100座最高建筑中,美國占了78座,加拿大5座,墨西哥1座,即北美洲占了84%,成了當前世界最高建筑的中心。 3-1 國內(nèi)外高層建筑的發(fā)展概況廣州白云賓館: 360040008000800066000
6、30003600030006600080008000400036007000078507850230033層,112.45米,剪力墻結(jié)構(gòu),1976年建成,國內(nèi)首棟百米高層。廣州白云賓館金茂大廈具有中國傳統(tǒng)風格的超高層建筑,是上海邁向21世紀的標志性建筑之一.由美國SOM設計事務所主設計。1998年8月建成。占地236萬平方米,建筑面積 28.95萬平方米。高420.5米,88層。 大廈充分體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)的文化與現(xiàn)代高新科技相融合的特點,是中國古老塔式建筑的延伸和發(fā)展。 金茂大廈 香港中國銀行大廈,由貝聿銘建筑師事務所設計,1990年完工??偨ㄖ娣e12.9萬平方米,地上70層,總高369米。結(jié)
7、構(gòu)采用4角12層高的巨形鋼柱支撐,室內(nèi)無一根柱子。 (1)世界高層建筑委員會1972年建議,將高層建筑劃分為以下四類:第一類:916層,高度不超過50m;第二類:1725層,高度不超過75m;第三類:2640層,高度不超過100m;第四類:40層以上,高度100m以上。3-2 高層建筑的定義1、高層建筑的分類:我國民用建筑設計通則(JGJ37-87)中規(guī)定:10層及10層以上的民用建筑和總高度超過24m的公共建筑及綜合性建筑為高層建筑。建筑高度超過100m的建筑均為超高層建筑。(2)我國對高層建筑的分類:2 高層建筑的特點A.高層建筑中,水平荷載和地震作用對結(jié)構(gòu)設計起著決定性的作用。B.動力反
8、應不可低估;C.結(jié)構(gòu)軸向變形、剪切變形以及溫度、沉降的影響加??;D.材料用量、工程造價呈拋物線關(guān)系增長。3-3高層建筑的結(jié)構(gòu)類型1 鋼結(jié)構(gòu)2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)3 組合結(jié)構(gòu)1、鋼結(jié)構(gòu)的特點鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板、熱軋型鋼和冷加工成型的薄壁型鋼制造而成。與其他材料的結(jié)構(gòu)相比具有以下優(yōu)點:(1)材料強度高,鋼材質(zhì)量輕。(2)韌性、塑性好。(2)材質(zhì)均勻。(3)制造簡單,施工周期短。(4)密封性好。鋼結(jié)構(gòu)的缺點有:(1)耐熱但不耐火 150攝氏度時強度無變化,600攝氏度時強度約為0。(2)鋼材耐腐蝕性能差,維護費用高。優(yōu)點:造價較低,材料來源豐富,可澆注成各種復雜斷面形狀,可以組成多種結(jié)構(gòu)體系;可節(jié)省鋼材,承
9、載能力較高,經(jīng)過合理設計,可獲得較好的抗震性能。缺點:構(gòu)件斷面大,占據(jù)面間大,自重大廣州廣東國際大廈(63層,200.18m)底層柱尺寸已達1.8*2.2m2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預應力的定義:在結(jié)構(gòu)承受外荷載之前,預先對其在外荷載作用下的受拉區(qū)施加壓應力,以改善結(jié)構(gòu)使用性能的這種結(jié)構(gòu)形式稱之為預應力。 預應力結(jié)構(gòu)的特點:改善結(jié)構(gòu)的使用性能,提高結(jié)構(gòu)的耐久性;減小構(gòu)件截面高度,減輕自重;充分利用高強鋼材;具有良好的裂縫閉合性能與變形恢復性能;提高抗剪承載力;提高抗疲勞強度,此外,預應力混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的經(jīng)濟性。 (1)優(yōu)點: 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)良的抗拉性能以及混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓
10、性能,進一步減輕結(jié)構(gòu)重量,提高結(jié)構(gòu)延性(2)類型1)用鋼材加強鋼筋混凝土構(gòu)件鋼骨鋼筋混凝土構(gòu)件鋼管鋼筋混凝土構(gòu)件2)部分抗側(cè)力結(jié)構(gòu)用鋼結(jié)構(gòu),另一部分采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(或部分采用鋼骨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu))3組合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)第一章 建筑結(jié)構(gòu)體系第四節(jié).建筑結(jié)構(gòu)的抗震4-1 地震的類型和成因4-2 震源、震中和地震波4-3 地震震級、烈度、近震和遠震4-4抗震設防4-5 概念設計4-6 震害及其分析4-1 地震的類型和成因地震按其成因可劃分為3類: 構(gòu)造地震、火山地震、陷落地震當?shù)貞_到巖層的強度時,巖層產(chǎn)生斷裂或錯動(脆性破壞),巖層內(nèi)部的能量被釋放,以波的形式傳致地表,引起地面震動。稱構(gòu)造地震。我
11、國的6個地震活動區(qū) 1。臺灣及其附近海域地震區(qū) 2。喜馬拉雅山脈地震活動區(qū) 3。南北地震帶(北起賀蘭山,向南延伸至六盤山,穿越秦嶺,沿川西至云南省,地質(zhì)構(gòu)造復雜,有一系列大斷裂帶、斷陷盆地。) 4。天山地震活動區(qū) 5。華北地震活動區(qū) 6。東南沿海地震活動區(qū)4-2 震源、震中和地震波震源:地震發(fā)生的部位。不是一個點。震中:震源正上方的地面位置。附近地面運動最強烈,極震 區(qū)。震源深度(h):震源到地表的垂直距離。 h 300km 深源地震地震波:由震源釋放的能量以波的形式向四周傳播,這種波叫地震波。體波:在地球內(nèi)部傳播的波面波:只在地表面?zhèn)鞑サ牟?。是體波經(jīng)多次反射、折射后在地表形成的次生波。地震現(xiàn)
12、象表明: 縱波使地面產(chǎn)生豎向運動 橫波產(chǎn)生水平運動 面波產(chǎn)生豎向運動和水平運動 面波和橫波對建筑物破壞最嚴重4-3 地震震級、烈度、近震和遠震一、震級 指一次地震的大小,一次地震釋放能量多少的度量單位。目前國際上通用的李氏震級。 震級是一次地震釋放能量的大小,所以一次地震只有一個震級。二、烈度 是指某一地區(qū)的地面和各類建筑物遭受一次地震影響時的強弱程度。 地點不同,烈度不同 場地條件不同,烈度不同 一次地震對應多個地震烈度抗震設計用的是烈度,而不是震級。 三、近震和遠震 近震:震中距較小的地震 遠震:震中距較大的地震為什么區(qū)分近震和遠震? 震害調(diào)查表明,相同地震烈度的地區(qū),震中距不同,某些建筑
13、物破壞程度不同。 1952年美國克恩縣(Kern County)地震,遠離震中的洛杉磯市、長灘市高層建筑震害嚴重。震中地區(qū)一、二層磚房破壞嚴重 1954年美國的迪克希谷(Dixie valley)地震,距震中 300 km處地下水池由于激起長周期水浪破壞,其他建筑物無損壞 1976年唐山地震天津市工業(yè)廠房、煙囪破壞嚴重,一、二層磚房破壞較輕。相同烈度 震中距大(遠震),高柔結(jié)構(gòu)易破壞 原因:地震波在傳播過程中要衰減,高頻成分衰減得快,低頻成分衰減慢,長周期成分多,易與高柔結(jié)構(gòu)發(fā)生共振。 震中距?。ń穑?,剛度大的結(jié)構(gòu)破壞嚴重。 震中附近,高頻成分豐富,易產(chǎn)生共振。 所以在抗震設計時要區(qū)分近震和
14、遠震。4-4抗震設防一、抗震設防的目標 抗震設防手段抗震設防烈度: 一個地區(qū)作為抗震設計所依據(jù)的地震烈度。 國家有統(tǒng)一規(guī)定,一般取地震區(qū)劃圖中規(guī)定的基本烈度(或與抗震規(guī)范中設計基本加速度值對應的烈度值)??拐鹪O防目標:“三水準” 小震不壞、中震可修、大震不倒4-5 概念設計一、選擇有利的建筑場地 有利、不利、危險地段二、地基和基礎(chǔ)設計 同一結(jié)構(gòu)單元不宜設置在截然不同的地基土上三、選擇有利的建筑平面和立面 1。體形簡單,平面布置規(guī)則 受力性能明確,便于分析。 2。平、立面剛度、質(zhì)量力求對稱。 質(zhì)量中心和剛度中心盡量重合,避免扭轉(zhuǎn)振動。 3。建筑物的質(zhì)量、剛度分布要均勻。 避免質(zhì)量、剛度產(chǎn)生突變。
15、短柱突變 4。設防震縫 四、選擇合理的結(jié)構(gòu)體系 1。有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。 2。設多道防線 有一部分構(gòu)件破壞了,部分或完全退出了工作,有其他構(gòu)件繼續(xù)抵抗地震作用。 框架-剪力墻結(jié)構(gòu) 剪力墻破壞了,部分退出了工作,但它吸收了大部分能量 框架繼續(xù)工作 剪力墻:一道防線。框架:二道防線。 受力狀態(tài)復雜防震縫平面圖 強柱弱梁 柱子承載力很強,水平地震作用下, 梁先破壞了,已抵抗了很大部分地震 作用,退出工作后,柱子仍能抵抗地 震作用,不至于結(jié)構(gòu)倒塌。 梁:一道防線。柱:二道防線。 3。加耗能元件,減輕主體結(jié)構(gòu)破壞?!皽p震” 4。具備足夠的強度、變形能力和耗能能力。 結(jié)構(gòu)必須具備一定
16、的強度,但還不夠。 必須有良好的變形能力(延性)。 延性可以耗能。 5。合理的剛度、強度分布 避免強度、剛度突變,產(chǎn)生過大的應力集中或過大的塑性變形集中。 6。結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接部位都應有較好的延性. (1)提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性,改善其變形能力,避免產(chǎn)生脆性破壞. 砌體結(jié)構(gòu)設圈梁、芯柱、構(gòu)造柱,或配筋。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),配筋要合理,避免剪切破壞先于彎曲破壞。 鋼結(jié)構(gòu)合理選擇構(gòu)件尺寸,防止構(gòu)件失穩(wěn)。 (2)連接件具有較好的延性,還要保證充分發(fā)揮各構(gòu)件的強度. 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的節(jié)點強度不應低于連接構(gòu)件的強度. 預埋件的錨固強度不應低于連接件的強度. 裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間應采用保證結(jié)構(gòu)整體性的連接措施.五、處理好
17、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件 (1)應與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接 (2)填充墻、內(nèi)隔墻、維護結(jié)構(gòu)避免形成短柱,防止平面外倒塌。 (3)裝飾貼面與主體結(jié)構(gòu)連接可靠,避免落地傷人。4-6 震害及其分析歷次地震經(jīng)驗表明,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋一般具有較好的抗震性能。結(jié)構(gòu)設計中只要經(jīng)過合理的抗震計算并采取妥善的抗震構(gòu)造措施,在一般烈度區(qū)建造多層和高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋是可以保證安全的。主要震害可概述如下:1、共振效應引起的震害 結(jié)構(gòu)的自振周期與場地土的自振周期接近或一致,引起建筑物的共振,導致結(jié)構(gòu)破壞嚴重。2、結(jié)構(gòu)平面或豎向布置不當引起的震害3、框架柱、梁和節(jié)點的震害 未經(jīng)抗震設計的框架的震害主要反映在梁柱節(jié)點區(qū)。柱的震害重于
18、梁;柱頂震害重于柱底;角柱震害重于內(nèi)柱;短柱震害重于一般柱。柱頂震害:柱頂周圍有水平裂縫、斜裂縫或交叉裂縫。重者混凝土壓碎崩落,柱內(nèi)箍筋拉斷,縱筋壓曲成燈籠狀。 破壞不易修復。柱底震害:與柱頂相似,由于箍筋較柱頂密,震害相對柱頂較輕。短柱震害:當柱高小于4倍柱截面高度(H/b4)時形成短柱。短柱剛度大,易產(chǎn)生剪切破壞。角柱震害: 由于雙向受彎、受剪,加上扭轉(zhuǎn)作用,震害比內(nèi)柱重??蚣艽u填充墻的震害框架中嵌砌磚填充墻,容易發(fā)生墻面斜裂縫,并沿柱周邊開裂。端墻、窗間墻和門窗洞口邊角部位破壞更加嚴重。由于框架變形屬剪切型,下部層間位移大,填充墻震害呈現(xiàn)“下重上輕”的現(xiàn)象??拐饓Φ恼鸷υ趶娬鹱饔孟拢拐?/p>
19、墻的震害主要表現(xiàn)為墻肢之間連梁的剪切破壞。這主要是由于連梁跨度小、高度大形成深梁,在反復荷載作用下形成X形剪切裂縫,這種破壞為剪切型脆性破壞,尤其在房屋13高度處的連梁破壞更為明顯。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件設計框架結(jié)構(gòu)抗震設計的正確指導思想1)框架塑性效應較多地發(fā)生在梁端,底層柱的塑性效應 較晚形成;強柱弱梁2)梁柱在彎曲破壞前,避免發(fā)生其它形式破壞,如剪切破壞、粘結(jié)破壞等;強剪弱彎3)在梁、柱破壞之前,節(jié)點應有足夠的強度即變形能力;更強的節(jié)點4)重視非結(jié)構(gòu)構(gòu)件設計。加強柱端約束加密箍筋可以: (1)承擔柱子剪力; (2)約束混凝土,改善混凝土的變形性能,提高構(gòu)件的延性; (3)防止混凝土過早地
20、壓潰及防止縱向鋼筋的壓曲失穩(wěn)。加密位置、箍筋直徑、箍筋間距等應符合規(guī)范規(guī)定。第二章 建筑聲環(huán)境設計第一節(jié). 聲音的基本知識1.聲波:聲源振動引起彈性媒質(zhì)的壓力變化,并在彈性媒質(zhì)中傳播的機械波 2.聲源:振動的固體、液體、氣體。3.在空氣中傳播的聲波屬于縱波,質(zhì)點的振動風向與波的傳播方向一致。 波長聲波的特性:波長、頻率 f、聲速 c古羅馬的露天劇場 露天劇場存在的問題是:1、露天狀態(tài)下,聲能下降很快。2、相當大的聲能被觀眾吸收。3、噪聲干擾。 解決方法:加聲反射罩;控制演出時周圍的噪聲干擾。第二章 建筑聲環(huán)境設計第二節(jié). 吸聲材料 吸聲材料最早應用于對聽聞音樂和語言有較高要求的建筑物中,如音樂
21、廳,劇院,播音室等,隨著人們對居住建筑和工作的聲環(huán)境質(zhì)量的要求的提高,吸聲材料在一般建筑中也得到了廣泛的應用。 吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)的的種類很多,根據(jù)材料的不同,可以分為以下幾類多孔吸聲材料一.吸聲原理 多孔吸聲材料中有許多連通的間隙或氣泡,聲波入射時,聲波產(chǎn)生的振動引起小孔或間隙的空氣運動,由于與孔壁或纖維表面摩擦和空氣的粘滯阻力,一部分聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。使聲波衰減,其次,小空中空氣和孔壁與纖維之間的熱交換引起的熱損失,也使聲能衰減。二.吸聲特性 主要吸收高頻聲三.多孔性吸聲材料必須具備以下幾個條件:(1)材料內(nèi)部應有大量的微孔或間隙,而且孔隙應盡量細小且分布均勻;(2)材料內(nèi)部的微孔必須是向外
22、敞開的,也就是說必須通過材料的表面,使得聲波能夠從材料表面容易地進入到材料的內(nèi)部;(3)材料內(nèi)部的微孔一般是相互連通的,而不是封閉的。例如,聚苯乙烯泡沫板雖然從表面看來是一種多孔材料,但卻因這些微孔并不連通,相互封閉,因此,聲波入射到海綿表面時無法透入材料內(nèi)部,因此不會產(chǎn)生吸聲作用,這種材料只能被稱為隔熱或絕熱材料。 四.基本類型(一)玻璃棉 玻璃棉具有質(zhì)量輕,中高頻吸聲系數(shù)大,阻燃,化學性能穩(wěn)定,安裝加工方便等優(yōu)點。一般小于等于24/m3的玻璃棉稱為吸聲玻璃棉氈,等于大于32 /m3的叫玻璃棉板。通常在外面包一層透聲的織物。(二)木絲吸聲板 用松木等天然材料,經(jīng)過特殊處理制成纖維狀的木絲,再
23、用天然礦粉等作為粘結(jié)劑,壓制成板材。 具有吸聲,隔熱,防潮,防菌等特點,防火性能達到難燃B1級,同時強度和剛度較高。有一定耐撞擊能力。(三)纖維噴涂吸聲材料 纖維噴涂技術(shù)是將經(jīng)過預先特殊工藝處理的無機超細纖維,纖維素,抗火化合物以及粘結(jié)劑等原料,通過專用配套的噴涂設備混合,在施工現(xiàn)場噴涂于混凝土,鋼板,石膏板等各種基體表面上,形成具有一定厚度的噴涂層。五.影響多孔材料吸聲性能的因素(一)材料中空氣的流阻 空氣流阻,指空氣流穩(wěn)定的流過材料時,材料兩面的靜壓差和流速之比,空氣粘性越大,材料越厚,越密實,流阻就越大,材料透氣性越低。如果流阻過大,則克服摩擦力,粘滯阻力從而使聲能轉(zhuǎn)化為熱能的效率就很低
24、。多孔材料存在最佳的空氣流阻。 (二)空隙率 指材料中的空隙體積和材料總體積之比。一般多孔材料空隙率在70%以上。(三)材料厚度 同一種材料,隨著厚度的增加,中,低頻范圍的吸聲系數(shù)會有所增加,并且吸聲材料的有效頻率范圍也會擴大。在設計上,通常按照中,低頻范圍所需要的吸聲系數(shù)值選擇材料的厚度。(四)材料表觀密度(容重) 同一種材料,厚度不變,容重改變時,吸聲特性也會發(fā)生變化。(五)材料背后空氣層 對于厚度,表觀密度一定的多孔材料,當其與堅實壁面之間留有空氣層時,吸聲特性會有所改變。由下圖可以看出,由于背后增加了空氣層,在很寬的頻率范圍,使得同一種多孔材料的吸聲系數(shù)增加。(六)飾面的影響 為了盡可能的保持原來的吸聲特性,飾面應具有良好的透氣性。例如可以使用金
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