设计值和特征值的关系（标准值设计值特征值的区别在哪里）

设计值和特征值的关系（标准值设计值特征值的区别在哪里）对于混凝土这种非均质材料而言，每个试件的实测值都不会一样的，实验结果都会有一定的离散程度。因此，对这些“实测值”进行数理统计后得出的值就是“标准值”，是能代表这一批混凝土的强度特性的。这里就可以看出，“标准值”并不是直接测定的，而是对实测数据的统计、加工。就拿C30混凝土来说，“C”就是英语“concrete”的第一个字母，表示混凝土。“30”表示混凝土的立方体抗压强度标准值为“30N/mm2”。在钢筋混凝土结构中，标准值、设计值或特征值一般出现在三个地方，一是混凝土，二是钢筋，三是地基。下面就从这个三个方面来分别谈谈标准值、设计值、特征值的来源和相互关系：一、混凝土：1、立方体抗压强度标准值：

由于施工的不规范，或者施工人员的能力及质量意识不足，在施工过程中时常带来一定的质量瑕疵。比如：混凝土工程中的蜂窝、麻面甚至孔洞等缺陷，实际上是减小了混凝土构件的有效面积。钢筋工程中的钢筋偏位、箍筋间距不均匀等，也造成了承载力减小的结果。再比如在桩基础施工过程中，基底不平整、残渣和浮浆未清理干净，都将减小地基承载力。

像这样因为施工原因或材料原因导致的质量通病很多，而且不可避免的在发生，毕竟建筑生产不是精加工，这些问题对建筑结构安全是肯定有影响的，那么我们是通过哪些手段来应对施工缺陷带来的不利后果呢？

本文就从钢筋混凝土结构中的标准值、设计值、特征值等基本的几个数据入手，谈谈他们的区别和来源，让大家了解一些基本的结构设计规范。另一方面，施工人员也应该明白什么样的施工缺陷是可以忽略的误差，什么样的施工缺陷是不被允许的错误，以便更好的进行施工管理。

结构设计

在钢筋混凝土结构中，标准值、设计值或特征值一般出现在三个地方，一是混凝土，二是钢筋，三是地基。下面就从这个三个方面来分别谈谈标准值、设计值、特征值的来源和相互关系：

一、混凝土：

1、立方体抗压强度标准值：

就拿C30混凝土来说，“C”就是英语“concrete”的第一个字母，表示混凝土。“30”表示混凝土的立方体抗压强度标准值为“30N/mm2”。

对于混凝土这种非均质材料而言，每个试件的实测值都不会一样的，实验结果都会有一定的离散程度。因此，对这些“实测值”进行数理统计后得出的值就是“标准值”，是能代表这一批混凝土的强度特性的。这里就可以看出，“标准值”并不是直接测定的，而是对实测数据的统计、加工。

当然，标准值并不是简单的算术平均值，因为要考虑到实测值的离散程度不能过大，如果最小值或最大值与中间值差别过大，这个中间值也不能代表这批混凝土试件的强度。在混凝土评定中有详细的规定，这里不再赘述。

混凝土试压试验

2、轴心抗压强度标准值：

在工程应用中，混凝土构件都是按轴心抗压来进行设计的，而混凝土的实体强度和立方体试件强度之间存在差异，所以要把立方体抗压强度进行转换。混凝土结构设计中采用的修正系数为0.88。

另外，通常混凝土构件都是棱柱体而非立方体，因为立方体试件的底面摩擦力对试件的约束力要大于棱柱体，实验测得的立方体试件强度肯定要高于棱柱体。所以，还要对立方体强度进行折减，对C50以下普通混凝土折减系数为0.76。

上面两条都是混凝土结构设计规范按混凝土结构的实际受力情况和标准实验情况进行对比后，把“立方体抗压强度标准值”转换成“轴心抗压强度标准值”，这也是一个计算结果。就拿C30混凝土为例，立方体抗压强度标准值fcu.k为30N/mm2（f=force，表示强度；cu=cube，表示立方体；k=key，“标准值”），则轴心抗压强度标准值fck=30*0.88*0.76=20.1N/mm2。

3、轴心抗压强度设计值：

混凝土的设计强度值由强度标准值除以混凝土材料分项系数确定，混凝土材料分项系数为1.4。这就是考虑到混凝土的不均质性、施工中的误差等不利因素对混凝土强度的折减，以采用分项系数的方式来化解或应对。C30混凝土的轴心抗压强度设计值=20.1/1.4=14.3N/mm2。

以C30混凝土为例编制下表可以看出，从实测值、立方体标准值、轴心抗压强度标准值到最后的设计值，强度值从30N/mm2逐步减少到了14.3N/mm2，这实际上就是在不断的“打折”，在结构设计中材料的承载力变小那么能提供同等承载力的情况下就要更多的材料，实际上就是提高承载力储备，提高了结构安全的保障系数。

C30混凝土的各种数值

二、钢筋：

1、屈服强度标准值：

与混凝土材料同理，标准值是对实测值的数理统计结果。屈服强度是材料屈服的强度临界值，屈服就是材料在受力增大到一定程度后，变形急剧增加，而应力波动很小。以HRB400型钢筋为例，屈服强度标准值fyk为400N/mm2（f=force，表示强度；y=yield，表示屈服；k=key，表示“标准值”），所有普通钢筋的屈服强度标准值就等于钢筋代号中的数值。

2、极限强度标准值：

极限强度表示材料能承受的最大强度（拉断），对于钢筋而言，其极限强度大于屈服强度。由于达到屈服强度之后，钢筋会产生大量变形（伸长）。虽然承载力还没有达到极限，但是这个变形量足以让建筑物不能满足正常使用要求，比如：楼板开裂、梁弯曲下扰、装修破坏等，所以在建筑结构中能代表钢筋强度的是屈服强度而非极限强度。

但是，极限强度超过屈服强度越多，表示结构承载力储备的空间越大，在钢筋达到屈服后（大量变形），可以有足够的反应时间来应对即将到来的结构破坏。这就是在结构设计中规定“强屈比”的意义所在，强屈比越大表示储备的承载力越大，越不容易发生突然破坏。

钢筋极限强度标准值通常用fstk（st=strength，表示强度；f，k同上）表示，以HRB400型钢筋为例，极限强度标准值fstk为540Mpa（试验获得），可以看出强屈比=540/400=1.35，强度富余量是很足的。

钢筋试验

3、抗拉强度设计值：

钢筋的强度设计值为其强度标准值除以材料分项系数γs的数值。延性较好的热轧钢筋γs取1.10。但对新列入的高强度500MPa级钢筋适当提高安全储备，取为1.15。与混凝土一样，设计值采用了材料分项系数，实际上就是安全储备。

对于钢筋的抗拉强度设计值是在屈服强度之上进行的系数折减而不是极限强度。因此，以HRB400型钢筋为例，其抗拉强度设计值fy=400/1.1=360N/mm2。同理，HPB300钢筋的fy=300/1.1=270N/mm2；HRB335钢筋的fy=335/1.1=300N/mm2。

三、地基：

1、岩石单轴抗压强度标准值：

根据岩芯试件的实测值进行数理统计及修正后得出的可以代表基岩承载力性能的值。具体数据详下表：

岩石单轴抗压强度标准值的计算过程

上表中就是对9个实测值按《工程勘察规范》进行统计、修正后计算出的“标准值”，总之标准值就是能代表一组试件的最合理的数值。

2、地基承载力特征值：

岩石单轴抗压强度只能代表岩石的力学性能，但对于地基而言，要考虑整体变形的问题。通常地基的变形是由岩石的均质性、厚度、上下或周边土层承载力及厚度等综合因素决定的。

因此，承载力特征值除了在满足建筑物基础所能承受荷载的能力以外，还要保证地基整体的稳定性，使建筑物基础沉降不应超过允许值。类似于钢筋屈服强度和极限强度的关系。只不过对地基而言，把“设计值”换成了“特征值”而已，特征值之于地基和设计值之于钢筋，道理是一样的。

如上所说，地基承载力特征值由岩石特性、场地完整性还有分项系数（类似于材料分项系数）等综合因素决定的，以上表数据为例，泥岩地基承载力特征值=分项系数*岩石天然抗压强度标准值*地基条件系数=0.33*4.9*1.4（较完整）=2.264MPA或2264Kpa。

很明显，承载力特征值要远远低于岩石单轴抗压强度值。经修正计算的承载力特征值就可以作为基础承载力设计的依据了。基础设计图中，单桩承载力特征值（KN）实际上就是采用的地基承载力特征值和基础底面积进行计算的，F=P*S。

以上从混凝土、钢筋、地基的设计值的来源可以看出，在进行结构设计时，采用的材料强度已经用“分项系数”的形式进行了折减，设计值=标准值/材料分项系数，这实际上是储备了一定的材料强度。

双重保险

另一方面，在结构设计过程中，对于荷载的设计值同样是采用了标准值和分项系数的方式来计算，只不过荷载设计值=标准值*分项系数。比如：均布荷载标准值为4kN/m2，而在设计时还要乘以荷载分项系数。从2019年4月1日起，恒荷载分项系数由1.2上调至1.3，活荷载分项系数由1.4上调到了1.5。上调荷载分项系数就是最“简单粗暴”的结构安全保证措施之一。

在承载力上面打折，在荷载方面上调，就从两个方面都设置了保险系数。打个比方：材料承载力是1，荷载是1，在此情况下结构安全的保证系数是100%。现在因为材料分项系数和荷载分项系数的存在，材料承载力变成了0.7（综合考虑几种材料的分项系数），荷载变成了1.4（综合考虑两种荷载的分项系数），那么总体结构安全的保证系数就是1.4/0.7*100%=200%。

当然，这只是一个简化的比方，一边削减承载力一边增大荷载的做法就能应对施工的误差和材料的不均匀性带来的安全隐患。首先，无论什么情况下在施工中都应该严格按照设计和施工规范进行施工，不得偷工减料、野蛮施工。

另一方面我们也应该知道，材料的不均质性、施工的偶然误差不会对建筑结构造成毁灭性的破坏，在工程设计时设置了足够的安全系数来应对施工中可能存在的误差。对以上问题有定性的了解，也是作为施工人员应该具备的知识之一，便于我们在施工中去应对和解决出现的各种施工问题和质量问题。