框架结构设计计算书.docx

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结构设计计算书
一.设计概况
1.建设项目名称：星海国际花园住宅楼（B栋）
2.建设地点：****某地
3.设计资料：
3.1.地质水文资料：根据工程地质勘测报告，拟建场地地势平坦，表面为平均厚度0.5m左右的杂填土，以下为1.0m左右的淤泥质粘土，承载力的特征值为80 kN/m2，再下面为较厚的垂直及水平分布比较均匀的粉质粘土层，其承载力的特征值为180kN/m2，可作为天然地基持力层。
地下水位距地表最低为-0.8m,对建筑物基础无影响。
3.2.气象资料：
全年主导风向：偏南风 夏季主导风向：东南风 冬季主导风向：北偏西风
常年降雨量为：1283.70mm
基本风压为：0.36kN/m2（B类场地）
基本雪压为：0.20kN/m2
3.3.抗震设防要求：七度二级设防
3.4.底层室内主要地坪标高为±0.000，相当于绝对标高31.45m。
二.结构计算书
1.结构布置方案及结构选型
1.1.结构承重方案选择
根据建筑功能要求以及建筑施工的布置图，本工程确定采用框架承重方案，框架梁、柱布置参见结构平面图。
1.2.主要构件选型及尺寸初步估算
1.2.1. 主要构件选型
（１）梁﹑板﹑柱结构形式：现浇钢筋混凝土结构
（２）墙体采用：粉煤灰轻质砌块
（３）墙体厚度：外墙:250mm，内墙:200mm
（４）基础采用：柱下独立基础
1.2.2. 梁﹑柱截面尺寸估算
（１） 主要承重框架:
因为梁的跨度较接近（4500mm﹑4200mm）,可取跨度较大者进行计算.
取L=4500mm h=(1/8~1/12)L=562.5mm~375mm 取h=450mm.
225mm~150mm 取b=250mm
满足b>200mm且b/ 500/2=250mm
故主要框架梁初选截面尺寸为：b×h=250mm×450mm
（２） 次要承重框架：
取L=3900mm h=(1/12~1/15)L=325mm~260mm 取h=400mm
200mm~133mm 取b=250mm
故次要框架梁初选截面尺寸为：b×h=250mm×400mm
（３）楼面连续梁
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（４）框架柱:
×3000=374.7mm~281mm b=(1~2/3)h 取b=h
① 按轴力估算:C＇列柱: No=9×15.66m2×(10~14)KN/m2=1409.4KN~1973.16KN
A＇﹑E＇列柱: No=9×8.1m2×(10~14)KN/m2=729KN~1020.6KN
② 按轴压比验算:此建筑抗震等级为二级，=0.8
选C30型混凝土 =14.3 N=(1.2~1.4)No
C＇列柱：
A＇﹑E＇列柱：
故初选柱截面尺寸为：C＇列柱： b×h=500mm×500mm
A＇﹑E＇列柱：b×h=450mm×450mm
1.3. 确定结构计算简图
⑴.三个假设：
①平面结构假定：认为每一方向的水平力只由该方向的抗侧力结构承担，垂直于该方向的抗侧力结构不受力；
②楼板在自身平面内在水平荷载作用下，框架之间不产生相对位移；
③不考虑水平荷载作用下的扭转作用。
⑵.计算简图
根据结构平面布置图,选定第(2-1)轴线作为计算单元. 如图１所示

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框架梁跨度(按柱中心线确定)：
A＇C＇跨: 4200mm
C＇E＇跨: 4500mm
框架柱高度：
取底层:H1=4200+450+(1900-900)-30
=5620mm （如图2）
其它层:H2=H3=H4=H5=H6=H7=H8=H9
=3000mm

框架计算简图如图
1.4 梁﹑柱惯性矩,线刚度,相对线刚度计算
1.4.1 梁﹑柱惯性矩计算
主要框架梁：
次要框架梁：
边框架梁：
中框架梁：
内柱
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外柱:
1.4.2 梁﹑柱线刚度计算
根据公式 i=EI/l,可以得出梁﹑柱的线刚度如下(E=EC)
梁：iA9＇C9＇=3.417×109E/4200=9.04×105E iC9＇E9＇=3.417×109E/4500=8.438×105E
柱：iA1＇A0＇=3.417×109E/5620=6.08×105E iC1＇C0＇=5.21×109E/5620=9.27×105E
iA9＇A8＇=3.417×109E/3000=11.39×105E iC9＇C8＇=5.21×109E/3000=17.367×105E
1.4.3 梁﹑柱相对线刚度计算
取iA1＇A0＇值作为基准值1.算得梁﹑柱的相对线刚度标于图3中
2. 荷载标准值计算
2.1 永久荷载
2.1.1 作用于框架梁上的荷载
2.1.1.1 屋面恒载
小瓷砖层 0.55kN/m2
三毡四油屋面防水层 0.4kN/m2
1:3水泥沙浆找平层 20mm 0.4kN/m2
水泥蛭石板保温层 60mm 0.12kN/m2
1:8水泥炉渣找坡 80mm 1.44kN/m2
1:3水泥沙浆找平层 20mm 0.4kN/m2
现浇钢筋混凝土板 100mm 2.5kN/m2
板底抹灰 20mm 0.4kN/m2
合计6.21kN/m2
2.1.1.2 楼面恒载
水磨石地面 0.65kN/m2
现浇钢筋混凝土板 100mm 2.5kN/m2
板底抹灰 20mm 0.4kN/m2
合计3.55kN/m2
2.1.1.3 梁自重
主要框架梁：0.4530.25325=2.812kN/m 次要框架梁：0.430.25325=2.5kN/m
2.1.1.4 柱自重
上层柱： 外柱： 0.4530.4532533=15.19kN /根
内柱： 0. 530.532533=18.75kN /根
底层柱： 外柱： 0.4530.4532535.62=28.45kN /根
内柱： 0. 530.532535.62=35.13kN /根
2.1.1.5墙自重及两面抹灰
女儿墙：0.2531.538=3KN/m 两面抹灰： 0.8kN/m
2~8层： 内墙: 0.23（3-0.45）38=4.08kN/m 0.23（3-0.4）38=4.16kN/m
外墙: 0.253（3-0.45）38=5.1kN/m 0.253（3-0.4）38=5.2kN/m
底层: 0.253（4.2-0.4）38=7.6kN/m 0.253（4.2-0.45）38=7.5kN
2.1.2.1 作用在框架梁上的恒载
楼面荷载分配按双向板进行荷载等效分配
短向分配：5aq/8
长向分配：(参见图3)
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A1＇=3（3-230.9+3）30.9=1.89m2 A1＇=31.830.9=0.8m2=A3
B1＇=3（3-1.5+3）30.75=1.69m2 B1＇=31.530.75=0.56m2=B3
顶层：G A1＇=6.2131.89=11.74KN= G A3＇ G B1＇=6.2131.69=10.49 KN
G L1＇=0.3530.2532533=6.56KN GA2＇=6.2130.81=5.03 KN= GA4＇
G B2＇=6.2130.56=3.48 KN= G B3＇ GF1＇=6.2130.7533.3=15.37 KN= GF2＇
G L2＇=0.430.2532533.3=8.25KN GC1＇=6.2134.97=30.86 KN
GD1＇=6.2134.39=27.26 KN GE1＇=6.2134.21=26.14 KN
FM＇= [ ( G A1＇+ G B1＇+ G L1＇)+ GA2＇+ G B2＇+ GF1＇+ G L2＇]=23.26 KN
q L3＇=0.4530.25325=2.81KN/m
C1:
qC1＇=0. 705831.9536.21=8.547N/m qC＇M =qc1＇+ q L3＇=8.547+2.81=11.357KN/m
A3:
qA3＇=0. 84730.936.21=4.734N/m qME'=qC'M+qA3'=11.357+4.734=16.091KN/m
D1:
qD1'=0.669×1.95×6.21=8.1KN/m qL4'=0.45×0.25×25=2.81KN/m
E1:
qE1'=0.752×1.65×6.21=7.705KN/m qA9'C9'= qD1'+ qE1'+ qL4'=18.615KN/m
标准层:
GA1= GA3=3.55×1.89=6.71KN G A2=3.55×0.81=2.88KN= GA4
GB2 =GB3=3.55×0.56=1.99KN GF1=3.55×0.75×3.3=8.79KN
GL1=6.56+0.2×(3-0.35)×3×8=19.28KN GB1=3.55×1.69=6KN
GL2=8.25+0.2×(3-0.4)×3×8=20.73KN GD1=3.55×4.39=15.58KN
qL3=2.81+0.2×(3-0.45)×8=6.89KN/m GE1 =3.55×4.21=14.95KN
GL2 =3.55×4.97=17.64KN
FM =[( GA1+ GB1+ GL1)/2+ GA2 +GB2 +GF1 +GL2]/2=25.19
qA8'C8'= qD1 +qE1 +qL4=4.631+4.405.6.89=15.926KN/m
qCM=qC1+ qL3′=4.886+2.81=7.696KN/m ql3=6.89KN/m= qL4
qC1=0.7058×1.95×3.55=4.886KN/m qD1=0.669×1.95×3.55=4.631KN/m
qA3=0.847×0.9×3.55=2.706KN/m qE1=0.752×1.65×3.55=4.405KN/m
qME =qC1+qA3 +qL3=4.886+2.706+6.89=14.482KN/m
2.1.2.2 恒荷载作用在框架柱上的集中荷载
GL5′=8.25+3×3.3=18.15KN
顶层：FE1=[( GA1′+ GB1′+ GL1′)/2+ GA4′+GB3′ +GL5]/2=20.53KN
C3=1/2×1.95×3.9=3.8m2= C2 =D2 =D3 E2= E31/2×1.65×3.3=2.72m2

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GC2′= GC3′= GD2′=GD3′=6.21×3.8=23.6KN GE2′= GE3′=6.21×2.72=16.89KN
FE2′=(23.6+2.5×3.9+3.9×3)/2=22.53KN FE′=20.53+22.53=43.06KN
FC′=(23.6+23.6+16.89+15.37+2.5×3.9+2.5×3.3)/2=48.73KN
FA′=(23.6+16.89+2.5×7.2+3×7.2)/2=40.05KN
标准层： Gl5=2.5×3.3+5.2×3.3=25.41KN
FE1=[( GA1+ GB1+ GL1)/2+ GA4+GB3+GL5]/2=23.5KN
GC2= GC3= GD2=GD3=3.55×3.8=13.49KN
GE2= GE3=3.55×2.72=9.66KN GF2= GF3=8.79KN
FE2=(13.49+2.5×3.9+5.2×3.9)=21.76KN
FE=23.5+21.76=45.26KN FE= 23.5+21.76+45.26KN
FC=(13.49+13.49+9.66+8.79+2.5×7.2+0.2×2.6×8×7.2)/2=46.69KN
FA=(13.49+9.66+2.5×7.2+×5.2×7.2)/2=39.3KN
A′列柱：顶层上柱： F9=40.05KN 下柱： F9′=40.05+15.19=55.24KN
八层： F8= F9′+ FA=55.24+39.3=94.54KN F8′= F8+15.19=109.73KN
七层： F7= F8′+ FA=109.37+39.3=149.03KN F7′= F7+15.19=164.22KN
六层： F6= F7′+ FA=203.52KN F6′= F6+15.19=218.71KN
五层： F5= F6′+ FA=258.01KN F5′= F5+15.19=273.21KN
四层： F4= F5′+ FA=312.5KN F4′= F4+15.19=327.69KN
三层： F3= F4′+ FA=366.99KN F3′= F3+15.19=382.18KN
二层： F2= F3′+ FA=421.48KN F2′= F2+15.19=436.67KN
一层： F1= F2′+ FA=475.97KN F1′= F1+29.59=505.56KN
C′列柱：顶层上柱： F9=48.73KN 下柱： F9′=48.73+18.75=67.48KN
八层： F8= 114.17KN F8′= 132.92KN
七层： F7= 179.61KN F7′= 198.36KN
六层： F6= 245.05KN F6′= 263.8KN
五层： F5= 310.49KN F5′= 329.24KN
四层： F4= 375.93KN F4′=394.68KN
三层： F3= 441.37KN F3′= 460.12KN
二层： F2= 506.81KN F2′= 525.56KN
一层： F1= 572.25KN F1′= 572.25+36.53=608.78KN
E′列柱：顶层上柱： F9=43.06KN 下柱： F9′=43.06+15.19=58.25KN
八层： F8= 103.51KN F8′= 118.7KN
七层： F7= 163.96KN F7′= 179.15KN
六层： F6= 224.41KN F6′= 239.6KN
五层： F5= 284.86KN F5′= 300.05KN
四层： F4= 345.31KN F4′=360.5KN
三层： F3= 405.76KN F3′= 420.95KN
二层： F2= 466.21KN F2′= 481.4KN
一层： F1= 526.66KN F1′= 541.85KN
恒荷载作用下框架的受荷简图（设计值）如图4

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2.2 竖向可变荷载
查荷载规范：楼面均布活荷载标准值为1.5kN/m2,上人屋面均布活荷载标准值为1.5kN/m2。
A′C′跨：q=0.66931.95d1.5+0.75231.6531.5=3.82kN/m
C′E′跨：FM＇= [(1.89+1.69)31.5+(0.81+0.56)31.5+0.7533.331.5]=4.23kN
qE'M=0.705831.9531.5+0.84730.931.5=3.21kN/m
qMC'=0.705831.9531.5=2.06kN/m
活荷载作用在框架柱上的集中荷载
FE= [ ( GA1+ GB1)+ GA4+GB3+GC3]=[(1.89+1.69)31.5/2+(0.81+0.56+3.8)31.5]
=5.22kN
FC= ( GC1+ GD2 + GE2+GF2)= 31.53(3.8+3.8+2.72+0.7533.3)=9.6kN
FA= (GD3 + GE3)= 31.53(3.8+2.72)=4.89kN

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活荷载作用下框架的受荷简图（标准值）见图5
2.3风荷载标准值计算
风压标准值计算公式为：w=βZμSμZω0 本地区基本风压为：w0=0.36
楼高H>30m；地面粗糙类别为C类；风振系数：βZ=1+Hi/H3ξγ/μZ 表1
层次
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Hi（第i层距离室外地面的高度）
4.65
7.65
10.65
13.65
16.65
19.65
22.65
25.65
28.65
H总=32.25m B≈15m H/B≈2
查表：脉动影响系数γ=0.59 表2
离地面高度（m）z
4.65
7.65
10.65
13.65
16.65
19.65
22.65
25.65
28.65
风压高度系数μZ
0.50
0.63
0.73
0.81
0.87
0.93
0.99
1.04
1.09
结构基本周期：T=（0.08～0.1）n. 取T=0.9，ω0 =0.36kN/m2
ω0T2=0.3630.92=0.29 查表得：脉动增大系数ξ=1.2725
βZ=1+Hi/H3ξγ/μZ 表3
z
4.65
7.65
10.65
13.65
16.65
19.65
22.65
25.65
28.65
βZ
1.22
1.28
1.34
1.39
1.45
1.49
1.53
1.57
1.61

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查表得：风载体型系数：迎风面为1.0；背风面为-0.5
∴μS=1.5 ωk=βZμSμZω0
∵结构高度H=26.75<30m,故取βZ=1.0, μS=1.3 表4
z
4.65
7.65
10.65
13.65
16.65
19.65
22.65
25.65
28.65
ωk
0.33
0.44
0.53
0.61
0.68
0.75
0.82
0.88
0.95
转化为集中荷载（受荷面与计算单元同）
9层： FW9K=0.9533.63（1.5+3/2）=10.25KN
8层： FW8K=3.633.03（0.95+0.88）42=9.9KN
7层： FW7K=3.633.03（0.88+0.82）42=9.2KN
6层： FW6K=3.633.03（0.82+0.75）42=8.47KN
5层： FW5K=3.633.03（0.75+0.68）42=7.71KN
4层： FW4K=3.633.03（0.68+0.61）42=6.96KN
3层： FW3K=3.633.03（0.61+0.53）42=6.14KN
2层： FW2K=3.633.03（0.53+0.44）42=5.21KN
1层： FW1K=3.630.4433.0/2+3.630.3334.65=7.86 KN（如图6所示
2.4 水平地震作用计算
2.4.1 重力荷载代表值（恒载+0.5活载）
2.4.1.1 恒载
屋面重力值：G面=6.213（14.9438.94+1.234.44）=863KN
楼板重力值：G板=（14.9438.94+1.234.44）33.55+103（0.06325+0.4）=512KN
梁重力值： G梁=（8.734+1.2+9.9）32.81+14.73332.5+2.530.230.4325=244KN
柱重力值： G上柱=15.19310+18.7535=244.7KN
G底柱=28.45310+35.1335=460KN

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墙重力值：G女儿墙=（8.94+14.94+10.1432+1.2）33=136KN
G标墙=8.9435.1+（8.4+6）34.08+10.1435.1+14.943235.2+13.2+6）34.16
=413KN
G底墙=14.943237.6+10.143237.5=379KN
2.4.1.2 活荷载
Q=1.53（14.94+8.94+1.234.44）=208KN
2.4.1.3 重力荷载代表值
G9= G板+G梁+G上柱/2+G女儿墙+G标墙/2
=863+244+244.7/2+136+413/2
=1572KN（不包括屋面活荷载）
G8= G板+G梁+G上柱+ G标墙+F活/2
=512+244+244.7+413+208/2=1518KN
G2=G3=G4=G5=G6=G7=G8=1518KN
G1= G板+G梁+G上柱/2+G底柱/2+G标墙/2+G底墙+F活/2
=512+244+244/2+460/2+413/2+379/2+208/2
=1608KN
质点重力荷载代表值见图7
2.4.2 水平地震力作用下框架的侧移验算
2.4.2.1 横梁线刚度
为了简化计算，框架梁截面惯性矩增大系数取1.2
A′C′跨：kb= iA9＇C9＇=9.04×105333104=27.123109N·mm
C′E′跨：kb= iC9＇E9＇=8.438×105333104=25.313109 N·mm
2.4.2.2 柱的线刚度
边柱：底层： kc=6.083105333104=18.243109N·mm
其它层： kc=11.393105333104=34.173109N·mm
中柱：底层： kc=9.273105333104=27.813109N·mm
其它层： kc=17.373105333104=52.13109N·mm
2.4.2.3 框架柱的侧移刚度D值
2～9层D值的计算 表5
D
k=∑kb/2kc
α=k/(2+k)
D=12αkc/h2
边柱A′
0.794
0.284
12939
边柱E′
0.741
0.27
12301
中柱C′
1.006
0.335
23272

底层D值的计算 表6
D
k=∑kb/2kc
α=k+0.5/(2+k)
D=12αkc/h2
边柱A′
1.487
0.57
3950
边柱E′
1.338
0.557
3860
中柱C′
1.885
0.614
6488

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2.4.2.4 计算框架自振周期
各层D值汇总（见表7）
各层D值汇总 表7
D值/层次
柱类型
2～9层（D值3根数）
1层（D值3根数）
边
柱
A′轴
1293935=64695
395035=19750
E′轴
1230135=61505
386035=19300
中柱
C′轴
2327235=116360
648835=32440
∑D（KN/m）
242560
71490

按顶点位移法计算，考虑轻质砌块墙对框架刚度的影响，取基本周期调整系数α0=0.8，计算公式为1=1.7α0,式中△T为顶点位移。按D值法计算。见表8
横向框架顶点位移计算 表8
层次
Gi(kN)

Di
Δi－Δi－1=∑Gi/D
Δi(m)
9
1572
1572
242650
0.007
0.42
8
1518
3090
242650
0.013
0.413
7
1518
4608
242650
0.019
0.4
6
1518
6126
242650
0.025
0.381
5
1518
7644
242650
0.032
0.355
4
1518
9162
242650
0.038
0.324
3
1518
10680
242650
0.044
0.286
2
1518
12198
242650
0.05
0.242
1
1608
13716
242650
0.192
0.192

T1=1.730.8=0.88s
2.4.2.5 水平地震作用标准值和位移的计算
多遇地震作用下，设防烈度为7度，查表αmax=0.08.深圳市反应谱特征周期查表
Tg=0.35s,Tg＜T1＜5Tg
∴
2.4.2.6 水平地震作用计算
因为T1=0.88s＞1.43Tg=1.430.35=0.49s.尚需考虑顶部附加水平地震作用。
δn=0.08T1+0.07=0.0830.88+0.07=0.140
结构总水平地震作用标准值：Fek=α1Geq=0.03430.85313176=396KN
顶部附加的集中水平地震作用为：ΔFn=δn·Fek=0.14043396=55.6KN

=160835.62+15183337+157233=45631KN
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同理：F2=63KN F3=81KN F4=103KN F5=126KN F6=142KN F7=167KN
F8=201KN F9=247KN F9＇＝F9+△Fn=247+55.6=302KN
Fi,Vi和△ue的计算（见表9）
Fi,Vi和△ue的计算
层次
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Fi(KN)
302
301
167
142
126
103
81
63
41
Vi(KN)
302
503
670
812
938
1041
1122
1185
1226
∑D(KN/m)
242560
242560
242560
242560
242560
242560
242560
242560
71490
△ue(m)
0.0008
0.001
0.0016
0.0021
0.0025
0.0032
0.0036
0.0041
0.0072

横向框架各层水平地震作用和地震剪力如图8

3. 荷载作用下框架的内力分析
3.1 恒荷载作用下框架的内力分析
恒荷载作用下框架的受荷简图如图4所示
3.1.1横荷载作用下框架的弯矩计算

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3.1.1.1 梁的固端弯矩可按下面方法求得：
A′C′跨：

M A9＇C9＇＝－22.33834.22/12＝－32.83KN M C9＇A9＇＝32.83KN
M A8＇C8＇＝－19.11134.22/12＝－28.09KN M C8＇A8＇＝28.09KN
C′E′跨：
第9层：
M C9＇E9＇＝－27.9131.5332/4.52＝－18.61KN·m
M E9＇C9＇＝27.9131.5233/4.52＝9.3KN·m
M C9＇E9＇＝－13.62834.52/12＝－23KN·m
M E9＇C9＇＝23KN·m
M C9＇E9＇＝＝－5.681KN·m
M E9＇C9＇＝
＝8.52KN·m
∴M C9＇E9＇＝－18.61－23－5.68＝－47.29KN·m
M E9＇C9＇＝9.3+23+8.52＝40.82KN·m
标准层：
M C8＇E8＇＝－30.2331.5332/4.52＝－20.15KN·m
M E8＇C8＇＝30.2331.5233/4.52＝10.08KN·m
M C8＇E8＇＝－9.23534.52/12＝－15.58KN·m
M E8＇C8＇＝15.58KN·m
M C8＇E8＇＝＝－8.14KN·m
M E8＇C8＇＝
＝12.21KN·m
∴M C8＇E8＇＝－20.15－15.58－8.14＝－43.87KN·m
M E8＇C8＇＝10.08+15.58+12.21＝37.87KN·m

3.1.1.2 根据梁、柱相对线刚度，算出各节点的弯矩分配系数μij，如图所示。
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如：A9＇点： μA9'C9'==0.443
μA9'A8'==0.557
用弯矩分配法计算框架内力，传递系数为，各节点分配二次即可。
其计算步骤和结果参见下图表。

上柱
下柱
左梁

右梁
上柱
下柱
左梁

右梁
下柱
上柱

0.557
0.443

0.26

0.498
0.242

0.426
0.574

-32.83

32.83

-47.29

40.82

9
0.00
18.29
14.54

3.76
0.00
7.20
3.50

-17.39
-23.43

5.03
1.88

7.27

2.63
-8.70

1.75
-6.91

0.00
-3.85
-3.06

-0.31
0.00
-0.60
-0.29

2.20
2.96

0.00
19.47
-19.47

43.55
0.00
9.23
-52.78

27.38
-27.38

0.358
0.358
0.284

0.173
0.333
0.333
0.161

0.27
0.365
0.365

-28.09

28.09

-43.87

37.87

10.06
10.06
7.98

2.73
5.25
5.25
2.54

-10.22
-13.82
-13.82
8
9.14
5.03
1.36

3.99
3.60
2.63
-5.11

1.27
-6.91
-11.72

-5.56
-5.56
-4.41

-0.88
-1.70