問題描述：
對于考慮非線性剪力墻的建模，通常采用分層殼單元進行模擬。請問，具體該如何設(shè)置分層殼中相關(guān)參數(shù)，以合理地考慮剪力墻的彈塑性行為？
解答：
分層殼單元基于復(fù)合材料力學(xué)原理，將一個殼單元分成多層，每層根據(jù)需要設(shè)置不同的厚度和材料。分層殼單元考慮了面內(nèi)彎曲-面內(nèi)剪切-面內(nèi)彎曲之間的耦合作用，能比較全面地反映殼體結(jié)構(gòu)的空間力學(xué)性能，在分析剪力墻結(jié)構(gòu)時具有很高的精度和實用性。
鋼筋混凝土剪力墻通?？醋饔扇舾苫炷翆雍弯摻顚訕?gòu)成。具體工程模型中，需根據(jù)剪力墻厚度、配筋量、鋼筋分布形式、材料等級的不同，可定義不同的分層殼單元，來模擬不同位置的墻肢或連梁的非線性行為。
圖1 剪力墻分層殼模型
下面以具體案例進行說明，例如：定義450mm厚的剪力墻，保護層厚度75mm，兩層豎直和水平鋼筋，豎向鋼筋層提供2%配筋率，水平鋼筋層提供1%配筋率。
按照分層殼理論定義剪力墻模型，最直觀的情況是將剪力墻分為5層，包括：混凝土層，豎向、水平鋼筋各兩層，如下圖2所示。
層名1為混凝土層，單元類型采用殼（shell），三個材料分量均考慮為非線性（nonlinear），積分點數(shù)設(shè)為最大值5以盡可能準(zhǔn)確地捕捉其屈服后行為。
層名2、3為豎向鋼筋層，層名4、5為水平鋼筋層。根據(jù)配筋率換算可得到鋼筋層等效厚度。通過指定材料角來描述鋼筋的分布方向，材料1軸與殼單元1軸方向相同（殼單元局部坐標(biāo)軸默認(rèn)情況下，1軸為水平方向，2軸為豎直方向），故材料角“0度”代表水平鋼筋，材料角“90度”代表豎向鋼筋（即與殼局部2軸方向?qū)R）。鋼筋材料S11總是非線性；S12設(shè)置為非線性的，代表允許混凝土開裂后鋼筋承受剪力，即“銷釘”作用，用戶需根據(jù)工程具體情況判斷該方式模擬是否適合。
圖2 剪力墻分層殼模型
圖2定義的5層剪力墻分層殼似乎很符合“實際”情況，但卻不是最實用的分析模型。該模型呈現(xiàn)出多種破壞機制，可能掩蓋掉基于性能設(shè)計所需的工程信息。對于實際分析而言，需要更簡單清晰的模型來滿足工程目標(biāo)，使得分析更快，更容易對結(jié)果進行表述。
對于較高的剪力墻，其受力特點類似于柱，以壓彎變形為主?？梢院雎詸M向鋼筋的線性行為，因此模型中可不考慮水平鋼筋層。豎向鋼筋層，單元類型設(shè)為膜，S12設(shè)為無效，這是更為保守方法。對于混凝土層，將其分解為面內(nèi)和面外行為，即把混凝土單元類型“殼”分解為“膜”（membrane）和“板”（plate）的組合。對于板行為（即平面外行為），假設(shè)為線性屬性，并進行厚度折減以考慮開裂的影響（本例中取總厚度0.8倍折減），積分點設(shè)為2。經(jīng)過上述的簡化處理，剪力墻的分層殼“實用”模型如下圖3所示。
圖3 簡化模型
程序為用戶提供很大的自由度去靈活建立分層殼截面，表示不同的線性和非線性行為，建議用戶根據(jù)面對象的實際受力狀態(tài)合理地設(shè)置分層殼參數(shù)，在滿足工程要求的前提下，盡可能減少非線性自由度數(shù)量，平衡計算精度與計算效率之間的關(guān)系。
關(guān)于分層殼參數(shù)更多詳細說明，可見《CSI分析參考手冊》第10章分層殼相關(guān)內(nèi)容。