关于门式刚架结构抽柱和高低跨设计问题的探讨
论文范文:大跨度门式刚架结构设计与分析

论文范文:大跨度门式刚架结构设计与分析第1章绪论1.1选题的目的和意义门式刚架顾名思义,是如同门一样的结构,它在国内外是一种比较常见的结构形式,而且应用非常广泛。
门式刚架本身的质量比较轻,结构不是很复杂,柱网布置较灵活,因此,其施工周期就会比较短,成本就可以很好的控制。
在1910年的德国布鲁塞尔专为世博会建造的机械工程展厅,采用了多层阶形布置的刚架结构,是早期典型的门式刚架结构;1932 年建成的德国埃森煤矿税收协会采用了门式钢框架结构。
门式刚架结构具有大跨度,可以应用于需要大空间结构要求的建筑,如单层厂房,人员较多的超级市场,储存大量物资的仓库等工业与民用建筑等,在很多方面门式刚架都具有很强的竞争力,而且有着很广阔的市场前景。
虽然门式刚架优点很多,但是在我国的钢结构建筑却发展的比较晚,直到1990年以后,钢结构体系才在我国的到了比较全面发展。
在单层厂房、超级市场、大型仓库中门式刚架得到大规模应用;多高层建筑也开始采用钢框架;传统钢结构维护构件质量大造价高,而近几年的薄壁彩钢板的应用大大改观了现状;钢管的交会焊接结构与拉索结构的结合一直延伸到了许多文化体育等社会公共建筑当中;冷弯薄壁型钢在当今建筑行业已被广泛应用,檩条就是其典型的代表,除了在维护构件方面得到应用,它也作为受力构件进行使用。
随着科技的进步和钢材的质量越来越高,一些发达国家看到了钢结构的重要性,而且也越来越重视。
我国的钢铁产业在得到快速发展的同时,也注意到了钢结构建筑的重要性。
自1996年以后我国的钢铁产量实现了飞跃式的成绩,达到并突破了一亿吨,而且在随后的七年里,一直位于世界钢铁产量的首位。
而在2000以后我国凭借钢产量是世界的0.23%的数据,成为钢消费大国。
进入到2004年,中国的钢铁产量已经是世界钢铁总量的25%,已经是1996年的将近三倍,达到了2.6亿吨。
中国钢铁业的这种从无到有,从有到丰富的这种大跨越发展,促使国家相继推出了有关发展钢材的制造,生产,安装的一系列技术政策。
钢结构厂房设计应注意问题门式轻钢刚架常见设计质量问题及预防措施

钢结构厂房设计应注意问题门式轻钢刚架常见设计质量问题及预防措施钢结构厂房设计应注意问题门式轻钢刚架常见设计质量问题及预防措施18.9 门式轻钢刚架常见设计质量问题及预防措施18.9.1梁、柱拼接节点一般按刚接节点计算,但往往由于端部封板较簿而导致与计算有较大出入,故应严格控制封板厚,以保证端板有足够刚度。
18.9.2有的设计斜梁与柱按刚接计算而实际工程则把钢柱省去,把斜梁支承在钢筋混凝土柱或砖柱上,造成工程事故,设计时应注意把节点构造表达清楚,节点构造一定要与计算相符。
18.9.3多跨门式刚架中柱按摇摆柱设计,而实际工程却把中柱和斜梁焊死致使计算简图与实际构造不符,造成工程事故。
18.9.4檩条设计常忽略在风吸力作用下的稳定,导致大风吸力作用下很容易失稳破坏,设计时应注意验算檩条截面在风吸力作用下是否满足要求。
18.9.5有的工程在门式刚架斜梁拼接时,把翼缘和腹板的拼接接头放在同一截面上,造成工隐患,设计拼接接头时翼缘接头和腹板接头一定要错开。
18.9.6有的单位檩条设计时只简单要求镀锌,没有提出镀锌方法镀锌量,故施工单位用电镀,造成工程尚未完成,檩条已生锈,设计时要提出宜采用热镀锌带钢压制而成的翼缘,并提出镀锌量要求。
.18.9.7隅撑的位置和檩条(或墙梁)和拉条的设置是保证整体稳定的重要措施,有的工程设计把它们取消,可能造成工程隐患。
如果因特殊原因不能设隅撑时,应采取有效的可靠措施保证梁柱翼缘不出现曲屈。
18.9.8柱脚底板下如采用剪力键,或有空隙,在安装完成时,一定要用灌浆料填实,注意底板设计时一定要有灌浆孔。
18.9.9檩条和屋面金属板要根据支承条件和荷载情况进行选用,不应任意减薄檩条和屋面板的厚度。
18.9.10为节省檩条和墙梁而采取连续构件。
但其塔接长度不少单位没有经过试验确定,而塔接长度和连接难于满足连续梁的条件。
在设计时,要强调若采用连续的檩条和墙梁,其塔接长度要经试验确定,也应注意在温度变化和支座不均匀沉降下可能出现的隐患。
门式刚架结构设计浅析

门式刚架结构设计浅析摘要:门式刚架由于钢材的强度高,延性和韧性良好,在构造合适、布置合理的情况下,具有良好的抗震能力。
轻型门式刚架是梁柱采用刚性连接的单层钢结构,其具有结构简单、自重轻、受力合理、施工方便和便于工厂标准化的加工制作等特点,广泛应用于工业、商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。
因此设计时应综合考虑各种影响因素,才能保证厂房的正常使用。
关键词:钢结构;门式刚架;结构设计1 门式刚架结构形式钢架结构系指工业与民用建筑在建筑物主要承重横向排架体系中,柱与横梁或柱与屋架连接节点部分或全部采用刚接连接的一种结构形式。
门式刚架具有多种结构类型,最常见的有单跨、双跨和多跨几种,根据坡脊数的数量来划分,可分为单脊单坡、单脊双坡、多脊多坡。
屋面坡度宜取1/8~1/20。
单脊双坡多跨刚架,在没有支柱设计的房屋建筑中比较常见,如果刚架柱高度有限且负荷要求不高时,中柱宜采用两端铰接的摇摆柱方案。
门式刚架结构中,其柱脚一般常用铰接设计,当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时,可将柱脚设计成刚接。
2 结构布置2.1 柱网布置柱网布置要满足建筑要求,应考虑与采光、通风和外围结构形式等相协调。
工业厂房要满足工艺要求,柱的布置应与车间内的设备(机械、工业炉、起重及运输设备等)相协调,要适应厂房扩建和工艺设备更新的要求。
为保证厂房的横向刚度,有利于吊车运行,便于设计计算,尽量布置在一条横向轴线上。
为便于制造、安装、应尽量采用统一柱距,以减少结构构件的种类。
门式刚架的单跨跨度宜为12m~48m,如果边柱宽度不均等,要向外侧对齐。
门式刚架之间的距离也要根据钢架跨度、负荷大小来合理确定,通常有三种距离可选择:即6m、7.5m、9m。
2.2 支撑的布置就整体而言,支撑的主要作用是:保证结构构件的稳定与正常工作;增强结构的整体稳定性和空间刚度;把纵向风荷载、吊车纵向水平荷载及水平地震作用等传递到主要承重构件;保证在施工安装阶段结构构件的稳定。
探讨抽柱门式刚架厂房设计

探讨抽柱门式刚架厂房设计摘要:由于工艺布置或物流输送的要求,抽柱门式刚架在工程中得到越来越多的应用。
所以当前门式刚架工业厂房的设计中,经常会遇到大开间抽柱的厂房,此类厂房通常采用纵向刚架(或托梁)来支撑屋面。
本文建立了抽柱门式刚架的计算模型,对托梁刚度和水平荷载的分配进行了研究,得出了抽柱情况下对梁柱截面和水平荷载分配的影响,最后结合我国现行规范对抽柱式门式刚架的设计注意事项进行了说明。
关键词:门式刚架;抽柱;设计;托梁随着CECS102:2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的颁布实施,标志着我国门式刚架设计理论及方法已经成熟,门式刚架这种新型钢结构已成为我国现代工业厂房发展最快的一种结构体系。
但工业厂房因为工艺布置或物流输送要求,需要开阔的操作空间而抽去了部分立柱,因此形成了抽柱门式刚架。
所以,本文对抽柱门式刚架的设计方法进行探讨,希望能给相关工程设计人员提供一定的参考。
本文案例讨论的是门式刚架厂房抽中间钢柱。
图1 为抽柱门式刚架示意。
立面示意图图1钢架平面示意图图2抽柱会导致抽柱榀刚架跨度过大,通常设置纵向实腹托梁,并且与屋面支撑系统相连接。
对于抽柱所形成的局部柱网增大,本文认为其不适用于抽柱排架计算方法。
排架的计算假定为梁柱铰接,其不存在柱、梁的弯矩分配问题,并且排架受力时柱端水平位移相等。
而刚架为梁柱刚接,不仅存在梁、柱的弯矩分配而且受力形式完全不一样。
标准榀门式刚架中柱不仅承担该榀刚架传递的荷载而且还承担托梁传递的荷载。
另一方面,因为抽柱会导致抽柱榀刚架的平面内刚度比标准榀刚架的平面内刚度弱,为避免二者刚度相差过于悬殊,导致水平荷载的不均匀分配,通常托梁与标准榀的刚架柱在平面内为铰接。
图2为标准榀钢架、抽柱榀钢架平面布置图。
1.1 托梁刚度的确定抽柱榀中间支座为托梁,托梁具有竖向刚度K1和水平刚度K2,在计算中应首先确定K1和K2。
托梁的竖向刚度K1和水平刚度K2可通过在托梁抽柱位置施加单位水平力计算竖向位移Δ1和水平位移Δ2,按照下列公式计算得到:K1 = 1 /Δ1 (1)K2 = 1 /Δ2 (2)其中,水平刚度K2可以按照托梁两端铰接计算得到,鉴于梁的水平刚度通常都会很小,在结构计算中的刚度贡献也比较小,可以假设该刚度为零。
门式刚架设计有关问题探讨

(2)屋面支撑。屋面支撑的作用是把山墙风荷载传递到设有柱间支撑的屋面梁上,通过屋面梁再传给钢柱和柱间支撑,最后传到基础和地基上。水平支撑的构件截面大小主要决定于纵向水平力作用,须经受力计算来确定,因此《门规程》第4.5.2.7条规定,吊车吨位较重时,应在屋盖边缘增设纵向支撑桁架。屋面支撑布置可按《门规》第8.3节执行。需注意屋面支撑的布置应结合柱间支撑及刚性系杆一起布置,刚性系杆一般布置在刚架转角和屋脊联结处,是增强结构整体性的构造措施。
(2)梁柱节点。抗风柱与上横梁均为铰接做法;主刚架的梁、柱连接均为固接,基本均为端板固接,端板连接应按照所受的最大内力设计。当内力较小时,应按能够承受不小于较小被连接件截面承载力的一半设计。构件的连接宜采用高强螺栓,对于承受动荷载(吊车)时,应采取高强摩擦型螺栓连接。梁柱节点域板件的过度变形会影响节点刚度,从而降低计算模型的准确性,对构件强度和结构变形造成不利影响;未经加强的节点域板件在复杂应力下甚至会发生破坏,一般通过增加节点域加劲板或额外增加该区域板件厚度来加强节点域承载能力,节点域剪应力应按《门规》第10.2.7条规定进行验算。
门式钢架跨度与柱间距的优化选择

门式钢架跨度与柱间距的优化选择轻型钢结构是国内外目前应用和发展速度最快的新型结构形式,广泛应用于工业、居住和公共建筑,具有施工速度快、建筑造型美观、钢材用量少、造价低廉等优势,而门式钢架结构体系作为轻型钢结构的一种结构形式,本人结合近几年的设计经验阐述以下门式钢架合理跨度与柱间距合理化选择。
一、合理跨度的确定不同的生产工艺流程和使用功能在很大程度上决定着厂房跨度,有的业主甚至要求轻钢生产厂家根据自己的使用功能,确定跨度。
这是很不经济的选择,希望业主再告诉设计人员(特别是钢结构厂家的设计人员)使用功能时让他推荐你使用多大跨度在尽可能满足生产工艺和使用功能上最为经济,一般情况下,当柱高、荷载一定时,适当加大跨度,钢架的用钢量增加不太明显,但节省空间,基础造价低,综合效益较为可观。
通过大量计算发现,当檐高6m、柱距为7.5m,荷载情况完全一致下,跨度 30M~35M之间的钢架单位用钢量(Q345B)为11~13kg/ m2,当跨度在24-30m之间的钢架单位用钢量为10~11kg/ m2,,当跨度在18~24m之间的钢架单位用钢量为11kg/ m2。
当跨度大于35m用钢量为大于13kg/ m2明显不经济,一般工艺流程都在35M以内,如果真需要大于35米的跨度中间应增加摇摆柱可使单跨钢架节约8%左右。
如果跨度小于18M单位用钢量没有很明显的变化并且还有逐渐增加的趋势。
因此设计门式钢架时应根据具体要求选择较为经济的跨度,不宜盲目追求大跨度或过小跨度。
二、钢架最优间距的确定钢架的间距与钢架的跨度、屋面荷载、檩条形式等因素有关,当钢架跨度较小时,选用较大的间距,会增加檩条的用钢量是不经济的。
钢架规范规定,钢架柱距宜为6m,7.5m,9m,最大可采用12m。
经过大量计算发现,如果是大型厂房柱间距7.5M最为可佳,如果一般小型厂房6~6.5米最为经济。
在设计当中不要过于追求主钢构单位用量较低,如果只追求用钢量随着柱距的增大,钢架的单位用钢量是逐渐下降的话,而对于其他结构如檩条、吊车梁、墙梁的用钢量会随着柱距的增大而增大,就房屋的总用钢量而言,随着柱距的增大先下降而后又上升。
门式刚架结构设计中几个问题的探讨

门式刚架结构设计中几个问题的探讨轻型门式刚架结构设计中遇到的几个问题:门式刚架的适用范围(尤其是一些不满足CECS202:2002 规定范围的工程的处理措施)、摇摆柱应用中的处理措施、屋盖纵向水平支撑的设置以及冷弯薄壁型钢檩条设计计算等进行探讨,以期为门式刚架结构的设计提供一些有用的建议。
Encountered several problems in the light portal frame structure design: the scope of the portal frame (especially some that does not meet the CECS202: 2002 specified range of engineering measures), the swing column application processing measures roof the longitudinal horizontal support settings as well as cold-formed steel purloins design calculations to explore, to provide some useful suggestions for the design of the portal frame structure.Keywords: structural design; lightweight portal frame; swing column关键词:结构设计;轻型门式刚架;摇摆柱引言轻型门式刚架房屋结构在我国的应用自 2 0 世纪 6 0 年代开始兴起,9 0 年代以来随着我国彩色钢板产量的增加和焊接H 型钢的出现,轻钢结构在我国进入兴旺发展的时代。
在目前的工程实践中,门式刚架的梁、柱多采用焊接H 形变截面构件,单跨钢架的梁柱节点采用刚接,多跨者大多刚接和铰接并用;柱脚可与基础刚接或铰接;围护结构多采用压型钢板;保温隔热材料多采用玻璃棉。
门式刚架抽柱结构设计心得

2 设计荷载的取值 . 3
对 于 非抽柱 刚架 ,恒 载和 活载 按一般 的框架 计算 ,
求染毒 的人 防工 程不 能直 接通 过连 通 口, 入 防空 专业 【 进 参考 文献】 队工程 。 同时装备 掩 蔽部 的人员 也不 能进入 其 它染 毒要 []汽车库建筑设计规Y)G 0—8 1《 @JJ 109  ̄ 求的人 防工程 清 洁区 。 []汽车库、 2《 修车库、 停车场设计防火规范》 B06—7 G 5079)
21 0 0年 2月通 过 了广 州 市人 民防 空办 公室 人 防 审 图中
[]防空专业队工程布局 目 6《 标与方法探讨》郭志军,陈志龙, 杨
心 的审 查 , 目前 已正在施 工 中 。 建设 方 、 计 院和施 工 姓年’ 币 在 设 蚕1 单 位 的共 同努 力 下 , 本工 程将 严格 按 照人 防 规范 和 当地 []地下室人防建筑设计问题探讨》俞帆 《 ・
载 。风荷载 除了 自身 刚架 受荷 范 围内的风荷 载外 , 还需 2 0 ) 0 2 没有对 纵 向托梁 或纵 向刚架 的挠度 及侧移 做 出明 钢 分 担两侧 抽 柱 刚架 的部 分风载 ,通常 取两 侧抽 柱 刚架 确 的 规 定 , 设 计 时 可 以 参 照 《 结 构 设 计 规 范 》 1 2的风荷载 进行计算 。 /
[ ]《 民防 空地 下室 设 计 规 范) B 0 3 — 0 5 3 人 } 5 0 8 2 0 G
4结 论 南 沙 滨 海 花 园 八 期 商 住 小 区 人 防 地 下 室 工 程己 于
[]人 民防空工程设计防火规范)B09—09 4《 ) 50820 G []人 民防空工程 防护功能平战转换设计标 ̄} F19 5( ( RJ—8
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关于门式刚架结构抽柱和高低跨设计问题的探讨[摘要]门式刚架厂房在有色金属加工厂房中的应用日益广泛,然而由于工
艺布置、生产需求的复杂多变和特殊要求,导致门式刚架厂房在平面和竖向布置的不规则,进而给设计工作带来诸多问题。
本文结合工程实际,对复杂抽柱门式刚架工业厂房结构计算模型的确定、荷载的取用、屋面梁在托梁(架)处支座的简化输入、节点设计、结构构造等问题进行了探讨,提出在具体设计中需要重点注意的相关问题,并给出了相应的解决方案和建议,以便为今后的设计工作提供一些有益的思路。
[关键词]:门式刚架,抽柱,计算模型,节点设计
1、工程概况
博兴铝业公司年产10万吨铝合金带坯工程熔铸—冷轧车间,位于青海省高新区,抗震设防烈度为7度。
新建厂房要求采用全钢结构厂房,建筑面积约16650m2,长198m,横向宽84 m,分别为一个24m跨和2个连续30m跨,共三跨,两个不对称的双坡屋面,坡度为1:20,且第三跨为高低跨的高跨,均有通风屋脊,如平面布置图所示。
吊车型号及轨顶标高详见剖面图所示。
2、结构设计
2.2结构方案
刚架柱为焊接工字型实腹式单阶柱,刚架梁为焊接工字型实腹式变截面梁,梁分段节点采用摩擦型高强螺栓连接;梁柱连接采用端板竖放式摩擦型高强螺栓连接节点;柱脚为插入式刚性连接。
檩条、墙梁均采用C型或Z型冷弯薄壁型钢。
屋面支撑采用型钢十字形支撑加刚性系杆体系。
2.3刚架形式的确定
在实际设计中首先遇到的问题是刚架形式的确定。
基本柱距选定为9m,C 列柱距有9m和18m两种,除常规的9m柱距门式刚架结构外,因为抽柱的情况出现就存在两种特殊的刚架形式,见下图刚架形式○a、○b。
对于每一种刚架形式,边柱的受荷面积肯定是9m的,无论是恒载、活载、风载、吊车荷载均不例外,而对C列中柱来说就有两种情况,即9m、18m,用门式刚架计算存在诸多的问题。
对于抽柱刚架,是否同排架计算一样,多出一跨和一个柱。
排架的屋面梁刚度很大,受力后的轴向变形可忽略不计,当排架受力后,横梁两端两个柱子的柱顶水平位移相等,而刚架与排架完全不同,显然这种形式不能照搬排架计算模式。
经过认真分析、讨论,先是考虑从调整构件刚度入手来解决问题,就刚架②为例,抽柱位置柱为一个刚度,其他柱为1.5刚度,横梁为1.5个刚度,当然这样的一榀刚架的计算结果只有抽柱位置的柱是可用的,对于刚架③而言,刚架柱为一个刚度,而梁在托架处的简支支座又成了一个无法解决的问题,假如这个问题能得到解决,这榀刚架计算结果的梁和柱都是可用的。
虽然从构件的刚度出发可以解决问题,但是由于这种方案实用性太差,所以实际设计未被采纳。
经过反复论证,最后在实际设计中采用的一种方案是构件刚度不做调整,而是从梁、柱所承受的荷载出发来考虑。
2.4刚架梁柱受荷面积的确定
如何解决梁受荷面积均为9m,而柱受荷面积有9m、18m的情况,每一个问题的出现都要经过多次反复讨论,为了解决这个问题,笔者先后提出两种可供采取的计算方案:
第一种方案是计算一个9m单元,采用他的梁计算结果,再计算一个18m单元,采用它的柱计算结果,这样虽然理论上是可行的,但实际操作却比较繁琐,特别是对最后的施工图绘制带来相当大的困难,因为目前我们所用的钢结构软件施工图绘制时,梁和柱不是分开的,而是成套绘制的,包括连接节点、材料表等。
第二种解决方案,也是实际设计中采用的方案,梁上仍为9m的均布线荷载,在中柱(受荷面积超过9m的中柱)顶部加一集中荷载,这一集中荷载相当于托架传过来的9m荷载,这样处理后即符合实际情况,又可直接利用计算机成图,节省很多时间。
同时在屋面支撑系统布置上考虑构造加强,即沿抽柱位置柱列两侧设置屋面纵向水平支撑,其两端各伸过抽柱位置一个柱距,进而提高抽柱位置门刚厂房的空间刚度,以保证吊车和风荷载所产生的水平力能分布到邻近的刚架上去。
2.5吊车荷载的输入
STS程序对每一跨的吊车荷载设置的主要参数为:(1)最大轮压产生的吊车竖向荷载Dmax(千牛);(2)最小轮压产生的吊车竖向荷载Dmin(千牛);(3)吊车横向荷载对柱子的作用力Tmax(千牛);(4)吊车荷载作用的跨左节点N1;(5)吊车荷载作用的跨右节点N2;(6)吊车竖向荷载与左节点的竖向偏心EC1
(米)(右偏为正);(7)吊车竖向荷载与右节点的竖向偏心EC2(米);(8)吊车横向荷载对柱子的作用力与与节点的垂直距离Lt(米);(9)考虑空间工作和扭转影响的效应调整系数;(10)吊车桥架引起的地震剪力和弯矩增大系数;(11)吊车桥架重量(千牛)。
从以上11个参数可知,牵涉到每一跨的吊车荷载大小的参数主要为(1)(2)(3)三个参数,但对于有抽柱计算单元的跨间来说,一列柱9m,一列柱18m,这就存在6个参数,即吊车最大轮压作用在左节点时,各节点的吊车荷载;以及吊车最大轮压作用在右节点时,各节点的吊车竖向荷载;还有各节点的吊车横向水平荷载,即要根据抽柱的实际情况选用抽柱排架吊车数据输入,由于在门式刚架中普通排架吊车荷载在任一跨中的两个节点上的吊车荷载是完全相同的,而抽柱情况下,任一跨中的两个节点上的吊车荷载则是不同的,这是抽柱情况下用STS程序计算门式刚架的抽柱刚架特别需要留意的。
2.6刚架梁支承在托架上支座的输入
首先问题的提出有以下几个原因:(1)STS门式刚架程序中无法输入一个简支点,梁的支承点必须是与柱形成的铰接点或刚接点,所以托架作为梁的支承点是无法直接输入的。
(2)吊车荷载是针对某一跨来输入的,就拿前面所述的刚架④为例,如何输入B~C跨和C~D跨的吊车荷载。
为了解决以上的问题,需在简支点处设一模拟柱,即上下均为铰接的摇摆柱,这样既解决了梁的支承点问题,又可输入相邻柱列的吊车荷载,如下图示。
摇摆柱截面刚度应适当减小,但太小又会导致绘制施工图时出现异常。
高低跨位置先是考虑用钢托梁支撑屋面梁,即用两根钢托梁分别支撑高、低跨屋面梁,但低跨钢托梁在竖向位置上恰好与高跨吊车梁制动系统相碰,因而也就无法在该位置上设钢托梁;转过来考虑采用单个钢托架代替钢托梁,即在高低跨屋面梁之间设联合钢托架,这样不但解决钢托梁与吊车制动系统相碰的矛盾,而且将两片钢托架在平面外用缀条连接,形成空间桁架,不仅缩短了钢托架平面外的计算长度,而且还大大增强了钢托架的平面外刚度,这样就顺利解决了高低跨屋面梁的可靠支撑问题。
如下图示。
3.结语
门式刚架房屋以其跨度大、重量轻、施工速度快、综合经济指标低和适用范围广等特点,在各类建筑中得到广泛应用,以上是笔者在设计过程中的一个工程实例总结,供今后类似工程参考。
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