Strukturelles Versagen tritt auf, wenn eine Struktur, z. B. ein Gebäude, einstürzt 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 Konstruktion des Gebäudes schuld sein, in anderen Fällen sind Fahrlässigkeit, Überlastung oder eine Naturkatastrophe die Ursache. Sensoren und mathematische Modelle werden bei der Gebäudeplanung und -wartung eingesetzt, um die Möglichkeit eines strukturellen Versagens zu reduzieren und zu überwachen.
Wenn ein Gebäude gebaut wird, wird die Menge an mechanischer Belastung oder Beanspruchung, der es wahrscheinlich ausgesetzt ist, bei der Planung berücksichtigt. Zu den möglichen Belastungsfaktoren zählen die Form und der Verwendungszweck des Gebäudes – beispielsweise unterscheidet sich ein Bürohochhaus physisch von einem mehrstöckigen Parkhaus oder einem einstöckigen Wohnhaus. Jedes dieser Gebäude reagiert anders auf schwere Lasten, Wind, Regen und Erdbeben.
Auch Material ist wichtig. Die Stahlrahmen und der große Anteil an Gebäudeglas, die beispielsweise in Wolkenkratzern verwendet werden, verleihen diesen Hochhäusern die nötige Flexibilität, um starken Winden standzuhalten. Spitzschindeldächer an Häusern in kalten Klimazonen lassen Schnee abrutschen, anstatt sich in schweren Lasten anzusammeln und ein Gewicht zu erzeugen, das zu einem Dacheinsturz führen könnte – eine häufige Art von strukturellem Versagen. Backsteingebäude sind zwar weniger anfällig für Feuer 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, seine Lage, Form und beabsichtigte Verwendung nicht berücksichtigt haben. Es kann auch durch Fahrlässigkeit oder Missbrauch des Gebäudes auftreten – zum Beispiel, wenn es über seine vorgesehene Kapazität hinaus mit Personen oder zusätzlichem Gewicht durch Gegenstände wie Maschinen beladen wird. Diese Fälle von Gebäudeeinsturz sind menschengemacht und können verhindert werden, indem die wahrscheinlichen Belastungen des Gebäudes während des Entwurfsprozesses mathematisch modelliert und diese Richtlinien über die Lebensdauer des Gebäudes eingehalten werden.
Naturkatastrophen und Wetterphänomene können oft eine größere Herausforderung darstellen. Starke Winde, Feuer, Regen- oder Schneelasten und Erdbeben können zu strukturellen Versagen führen. Obwohl diese Faktoren bei Planung und Bau so weit wie möglich berücksichtigt werden, kommt es dennoch zu Unfällen. Unerwartete Korrosion eines Metallrahmenelements durch eindringendes Wasser kann zum Einsturz einer Struktur führen. Fehler in Betonmischungen, die in Gebäudefundamenten verwendet werden, können zu Rissen und schließlich zum Versagen führen.
Um diese Gefahren zu mindern, verwenden Ingenieure oft Sensorsysteme, die innerhalb der Struktur montiert sind. Als Beschleunigungsmesser bezeichnete Geräte können Schwingungen messen und werden verwendet, um die Funktion von Brücken zu messen. Dehnungsmessstreifen und Lichtleiter können verwendet werden, um spannungs- und belastungsinduzierte Schäden an Bauwerken zu erkennen. Diese und andere verwandte Sensorgeräte helfen Ingenieuren, mögliche strukturelle Fehler vorherzusagen und zu verhindern.