Железобетонные каркасы обычно заполняются каменной кладкой или какими-либо элементами с отделанной поверхностью.
Монолитные бетонные конструкции стен приобрели значительное распространение, в особенности при строительстве малоэтажных жилых домов. Некоторое число больших жилых домов, зданий клубов и других крупных зданий были построены между 1905 и 1915 гг. также с несущими стенами из монолитного бетона, с оставлением наружных поверхностей стен без отделки. Возобновление интереса к архитектурному бетону относится к половине 30-х годов. В эти годы было построено много общественных зданий с бетонными стенами без отделки. Конструкции с применением бетона в качестве наружной поверхности стен зданий можно ориентировочно разделить на четыре группы.
1. Несущие стены малоэтажных зданий, бетонируемые на месте, или сборные, сплошные или пустотелые с теплоизоляцией или без нее. Широко применялись стены из бетонных камней.
2. Самонесущие стены, обычно бетонируемые на месте, а в некоторых случаях сборные.
3. Тонкие Сборные плиты, применяемые в качестве облицовки бетонных или каменных стен, а в некоторых случаях служащие одновременно и наружными формами для бетона, укладываемого на месте.
4. Открытые наружные поверхности колонн и балок, несущих заполнение стен в каркасах многоэтажных производственных зданий, а в некоторых случаях и в каркасах торговых зданий и многоквартирных жилых домов.
В течение десяти лет после второй мировой войны высокая стоимость каменной кладки, применяемой в качестве ограждения зданий, в значительной мере способствовала развитию и внедрению многих интересных решений, в число которых входят монолитные бетонные стены с открытыми неотделанными поверхностями, получившие распространение благодаря применению совершенных способов производства работ. Это привело к созданию конструкции с полунесущими стенами, характерной скорее способом производства работ, чем особенностями конструкции. Вместо железобетонных колонн в этом случае устраиваются армированные простенки наружных стен, а плиты междуэтажных ререкрытий бетонируются монолитно с частью наружной стены между окнами смежных этажей.
В 1951 г. в Лос-Анжелосе была построена таким способом группа многоэтажных жилых домов Парклабри Тоуэрс. В то время это был крупнейший объект в США, в котором неотделанный бетон был применен в качестве поверхности наружных стен. Так же, как и в жилищном строительстве в Нью-Йорке, междуэтажные перекрытия были в этих зданиях безбалочными, рассчитанными по методу заменяющих рам; однако в отличие от нью-йоркских зданий эти 18 жилых домов, высотой 13 этажей, были построены этаж за этажом, а не в виде сооруженного сначала каркаса с последующим заполнением.
В последующее время этим способом было построено много крупных жилых домов, зданий институтов и больниц. Прекрасными примерами применения архитектурного бетона могут служить здание больницы в штате Виргиния, жилой дом в г. Солт-Лейк Сити в штате Юта и госпиталь в г. Майнот, Северная Дакота.
Бетон, уложенный на месте, в настоящее время приравнивается при классификации к каменной кладке, если арматура применяется только для распределения второстепенных напряжений, вызванных усадкой бетона или температурными деформациями. Если поперечное сечение арматуры в каждом направлении равно или превышает 0,25% площади поперечного сечения стены, не считая арматуры, уложенной вокруг проемов, стена классифицируется как железобетонная. Для стен, относимых к каменной кладке, нормы по каменной кладке Американского строительного кодекса устанавливают допускаемое сжимающее напряжение в бетоне в размере 25% от прочности его при сжатии в 28-дневном возрасте. Допускаемое растягивающее напряжение в крайнем волокне при изгибе ограничено 3% этой прочности. Если отношение высоты к толщине конструктивного элемента из неармированного бетона превышает 10, прочность бетона при сжатии пропорционально уменьшается до 18% при отношении высоты к толщине, равном 20. Эти нормы включают также следующие указания.
1. Для пустотелых стен ив неармированного бетона допускаемое напряжение не должно превышать 20% предела прочности бетона при сжатии, принимая поперечное сечение стены нетто, т. е. за вычетом площади пустот.
2. Толщина ненесущих стен из неармированного бетона может быть на 50 мм меньше толщины, требуемой для несущих стен, но не менее 20 см, за исключением случаев, когда по нормам для жилых зданий разрешается толщина стен 15 см.
3. Арматура, расположенная симметрично по толщине стены, должна быть уложена на расстоянии не меньше 25 мм от верха и не меньше 50 мм от низа проемов и запущена не менее чем на 600 мм в каждую сторону от проема или на эквивалентную длину при арматуре с крюками. Армирование как над проемами, так и под ними должно быть не менее 2 см2 на каждые 15 см толщины стены.
4. Лучшей и основной мерой для обеспечения стойкости бетона против попеременного замерзания и оттаивания и против выветривания является надлежащее качество бетонной смеси, определяемое минимальным водоцементным отношением. При малом водоцементном отношении подвижность бетона существенно повышается путем применения воздухововлекающих добавок. Максимальное содержание воды, устанавливаемое нормами, обеспечивает удовлетворительную морозостойкость при нормальном составе бетона и при высококачественных заполнителях всех видов.
В современной практике наблюдается тенденция к применению более тонких армированных бетонных стен. Для армирования применяются круглые стержни диаметром 16 мм.
В тонких стенах толщиной от 150 до 200 мм арматура укладывается в одной плоскости с расстоянием не менее 50 мм от наружной поверхности. Для более толстых стен арматура распределяется поровну в двух рядах, причем внутренний ряд укладывается на расстоянии от 25 до 75 мм от внутренней поверхности стены. В районах, подверженных землетрясениям, бетонные стены должны быть во всех случаях армированы по всей площади. Некоторые нормы требуют в этих случаях армирования стен в количестве 0,25% площади сечения стены в каждом направлении.
Предельное отношение нераскрепленной длины или высоты стены к ее толщине можно принять, как правило, равным 20.
Подробные указания в отношении конструктивного расчета железобетонных стен содержатся в строительном кодексе Американского института бетона. Вот (Некоторые указания из этого кодекса.
1. Допускаемые напряжения в несущих железобетонных станах с минимальным армированием должны составлять 0,25 для стен, имеющих отношение высоты к толщине, равное 10 или меньше, и должно-соответственно уменьшаться до 0,15 для стен, имеющих отношение высоты к толщине, равное 25. Арматура несущих стен рассчитывается, размещается и заанкеривается так же, как и в колоннах, т. е. с поперечными хомутами. Допускаемые напряжения следует принимать в соответствии с допускаемыми напряжениями для колонн. В случае сосредоточенных нагрузок длина стены, включаемая в расчет на каждую нагрузку, не должна превышать расстояния между точками приложения нагрузок и не должна быть больше ширины площади приложения нагрузки плюс четырехкратная толщина стены. Процент армирования стены не должен превышать 4.
2. Стены следует рассчитывать на любое боковое или другое давление, которому они могут быть подвержены, в частности на эксцентричные ветровые нагрузки.
3. Панельные и ограждающие стены из железобетона должны иметь толщину не менее 125 мм и не менее 1,3 расстояния между поддерживающими их или включенными в них несущими элементами.
4. Толщина несущих железобетонных стен в зданиях огнестойкой конструкции должна составлять не менее 150 мм в верхней части высотой 4,5 м и увеличиваться на 25 мм через каждые 7,5 м. В двухэтажных жилых домах стены могут иметь толщину 150 мм по всей их высоте.
5. В зданиях неогнестойкой конструкции несущие железобетонные стены должны быть в 1,3 раза толще, чем стены в зданиях огнестойкой конструкции, за исключением жилых одноэтажных и двухэтажных домов, в которых толщина стен устанавливается такая же, как и для жилых домов огнестойкой конструкции.
6. Для наружных стен подвалов, фундаментных стен, брандмауэров и стен между двумя смежными зданиями следует устанавливать толщину не менее 200 мм независимо от того, армированы ли они или нет.
7. Железобетонные несущие стены должны иметь толщину не менее 1/25 свободной нераскрепленной высоты или ширины в зависимости от того, какая из этих величин меньше, при условии, что вместо увеличения толщины стены могут быть применены пилястры, встроенные колонны или пилоны, рассчитанные на несение всех вертикальных нагрузок.
8. Железобетонные стены должны быть заанкерены в перекрытиях, колоннах, пилястрах и в пересечениях стен при помощи арматуры, эквивалентной для каждого ряда арматуры стены стрежням диаметром 16 мм, расположенным с промежутками 300 мм.
9. Железобетонные стены должны иметь арматуру площадью сечения в каждом направлении не менее 0,25% площади поперечного сечения стены, если арматура состоит из отдельных стержней и не менее 0,18% площади поперечного сечения стены, если в качестве арматуры применяется сварная проволочная сетка. Проволока, из которой изготовлена сетка, должна быть диаметром не менее 2,6 мм. Стены толщиной, превышающей 250 мм, следует армировать в двух направлениях и в двух рядах, параллельных поверхностям стен. Один ряд, состоящий не менее чем из половины и не более чем из 2/3 общего потребного количества арматуры, должен быть расположен не ближе чем на 50 мм и не дальше чем на 1/3 толщины стены от ее наружной поверхности; второй ряд арматуры, включающий остальное ее количество, — не ближе чем на 20 мм и не дальше чем на толщины стены от ее внутренней поверхности. При применении арматуры из отдельных стержней они должны быть по площади сечения эквивалентны круглым стержням диаметром не менее 10 мм и должны быть расположены на расстояниях друг от друга, не превышающих 450 мм. Сварные проволочные сетки, применяемые для армирования стены, должны иметь вид плоских полотнищ.
10. В дополнение к минимальному армированию, указанному в п. 9, вокруг всех оконных и дверных проемов следует укладывать не менее двух стержней диаметром 13 мм. Эти стержни должны быть запущены не менее чем на 60 см за пределы углов проемов.
11. В тех случаях, когда железобетонные несущие стены состоят из стоек или ребер, связанных между собой железобетонными элементами в уровне каждого междуэтажного перекрытия, стойки можно рассматривать как колонны; однако к ним не следует применять ограничений в отношении минимального диаметра или толщины колонн.
Отделка поверхностей. Если бетонные стены забетонированы надлежащим образом в хорошо сконструированной и тщательно устроенной опалубке, наружные поверхности их могут быть приемлемыми для зданий многих видов назначения без облицовки или дополнительной отделки. Для достижения необходимого внешнего вида поверхности бетона могут потребоваться специальные заполнители или сорта цемента. В тех случаях, когда применяется специальная отделка поверхности бетона, опалубку нельзя смазывать или покрывать маслом.
Опалубка должна иметь хорошо очищенные гладкие поверхности и быть непроницаемой для раствора.