Was ist ein strukturelles Versagen?

Strukturelles Versagen tritt auf, wenn eine Struktur wie ein Gebäude zusammenbricht oder auf ähnliche Weise physisch versagt. Es gibt zahlreiche Ursachen für strukturelles Versagen, sowohl natürliche als auch vom Menschen verursachte. In einigen Fällen kann der Entwurf oder die tatsächliche Errichtung des Gebäudes fehlerhaft sein, während in anderen Fällen Fahrlässigkeit, Überlastung oder eine Naturkatastrophe die Ursache sind. Sensoren und mathematische Modelle werden in der Gebäudeplanung und -wartung eingesetzt, um die Möglichkeit eines strukturellen Versagens zu verringern und zu überwachen.

Wenn ein Gebäude gebaut wird, wird die Menge an mechanischer Beanspruchung oder Beanspruchung, die es wahrscheinlich erfährt, in den Entwurf einbezogen. Mögliche Belastungsfaktoren sind die Form und der Verwendungszweck des Gebäudes - beispielsweise unterscheidet sich ein Bürohochhaus physisch von einem Parkhaus auf mehreren Ebenen oder einem einstöckigen Wohnhaus. Jedes dieser Gebäude reagiert auf unterschiedliche Weise auf schwere Lasten, Wind, Regen und Erdbeben.

Material ist auch wichtig. Die Stahlrahmen und große Mengen an Bauglas, die beispielsweise in Wolkenkratzern verwendet werden, verleihen diesen hohen Gebäuden die notwendige Flexibilität, um der Kraft starker Winde standzuhalten. Schindeldachspitzen an Häusern in kalten Klimazonen lassen Schnee abrutschen, anstatt sich bei hohen Lasten anzusammeln und Gewicht zu erzeugen, das zum Einsturz des Dachs führen kann - eine häufige Art von strukturellem Versagen. Backsteingebäude sind zwar weniger anfällig für Brände als Holzgebäude, können jedoch im Falle eines Erdbebens gefährlicher sein, da das schwere Mauerwerk einstürzen und eine gefährliche Gefahr für die Bewohner darstellen kann.

Strukturelles Versagen kann aufgrund eines Konstruktionsfehlers auftreten, wenn diejenigen, die das Gebäude entworfen haben, Lage, Form und Verwendungszweck nicht berücksichtigt haben. Dies kann auch auf Fahrlässigkeit oder Missbrauch des Gebäudes zurückzuführen sein, z. B. durch Überladen des Gebäudes mit Personen oder durch zusätzliches Gewicht von Gegenständen wie Maschinen. Diese Fälle des Einsturzes von Gebäuden sind vom Menschen verursacht und können verhindert werden, indem die wahrscheinlichen Belastungen des Gebäudes während des Planungsprozesses mathematisch modelliert und diese Richtlinien über die gesamte Lebensdauer des Gebäudes eingehalten werden.

Naturkatastrophen und Wetterphänomene sind häufig eine größere Herausforderung. Starker Wind, Feuer, starker Regen oder Schnee und Erdbeben können zu einem strukturellen Versagen führen. Obwohl diese Faktoren so weit wie möglich bei der Planung und Konstruktion berücksichtigt werden, kommt es dennoch zu Unfällen. Unerwartete Korrosion eines Metallrahmenelements aufgrund von Wasserdurchsickerung kann zum Einsturz einer Struktur führen. Fehler in Betonmischungen, die in Gebäudefundamenten verwendet werden, können zu Rissen und letztendlich zum Versagen führen.

Um diese Gefahren zu mindern, setzen Ingenieure häufig Sensorsysteme ein, die im Inneren der Struktur angebracht sind. Geräte, die als Beschleunigungsmesser bezeichnet werden, können Vibrationen messen und dienen dazu, die Funktion von Brücken zu messen. Dehnungsmessstreifen und Lichtwellenleiter können zur Erkennung von Spannungen und lastbedingten Schäden an Bauwerken eingesetzt werden. Diese und andere verwandte Sensorvorrichtungen helfen Ingenieuren, mögliche strukturelle Fehler vorherzusagen und zu verhindern.