Vad är strukturellt misslyckande?

Strukturella fel uppstår när en struktur, såsom en byggnad, kollapsar eller fysiskt havererar på något liknande sätt. Det finns många orsaker till strukturella fel, både naturliga och konstgjorda. I vissa fall kan det vara fel på utformningen eller själva konstruktionen av byggnaden, medan i andra fall vårdslöshet, överbelastning eller en naturkatastrof är orsaken. Sensorer och matematiska modeller används vid byggnadsdesign och underhåll för att minska och övervaka risken för strukturella fel.

När en byggnad byggs, är mängden mekanisk påkänning eller påfrestning den sannolikt kommer att uppleva med i designen. Faktorer för möjlig stress inkluderar formen och den avsedda användningen av byggnaden – till exempel är en höghusbyggnad fysiskt annorlunda än ett parkeringsgarage i flera våningar eller ett envåningsbostadshus. Var och en av dessa byggnader kommer att reagera på tunga belastningar, vind, regn och jordbävningar på olika sätt.

Material är också viktigt. Stålramarna och de stora mängderna byggnadsglas som används i skyskrapor, till exempel, ger dessa höga byggnader den flexibilitet som krävs för att stå emot kraften från hårda vindar. Toppade spåntak på hus i kallt klimat tillåter snö att glida av snarare än att samlas i tunga belastningar och skapa vikt som kan leda till en takkollaps – en vanlig typ av strukturellt fel. Tegelbyggnader, även om de är mindre känsliga för brand än träbyggnader, kan vara farligare i händelse av en jordbävning, eftersom det tunga murverket kan kollapsa och skapa en farlig fara för de inuti.

Konstruktionsfel kan uppstå på grund av ett konstruktionsfel om de som ritat byggnaden inte tagit hänsyn till dess läge, form och avsedda användning. Det kan också uppstå på grund av vårdslöshet eller missbruk av byggnaden – till exempel lastning av den över dess avsedda kapacitet med människor eller extra vikt från föremål som maskiner. Dessa fall av byggnadskollaps är konstgjorda och kan förhindras genom att modellera de troliga påfrestningarna på byggnaden matematiskt under designprocessen och följa dessa riktlinjer under byggnadens livslängd.

Naturkatastrofer och väderfenomen kan ofta vara ett mer utmanande hot. Kraftiga vindar, eld, tyngden av regn eller snö och jordbävningar kan alla leda till strukturella fel. Även om dessa faktorer förutses under design och konstruktion så mycket som möjligt, inträffar fortfarande olyckor. Oväntad korrosion av ett metallramselement på grund av vattenläckage kan leda till kollaps av en struktur. Fel i betongblandningar som används i byggnadsfundament kan leda till sprickbildning och eventuellt fel.

För att minska dessa faror använder ingenjörer ofta sensorsystem monterade inuti strukturen. Enheter som kallas accelerometrar kan mäta vibrationer och används för att mäta broars funktion. Töjningsmätare och fiberoptik kan användas för att upptäcka stress och belastningsinducerade skador på strukturer. Dessa och andra relaterade sensorenheter hjälper ingenjörer att förutsäga och förhindra eventuella strukturella fel.