问题描述：
请问，在 SAP2000 中如何定义分层壳？分层壳截面的各个参数的含义是什么？
解答：
分 层 壳 单 元
分层壳单元是基于复合材料力学原理，将一个壳单元分成多层（如下所示），每层根据需要设置不同的厚度和材料，材料一般包括钢筋或混凝土。在有限元计算时，首先得到壳单元中心层的应变和曲率，然后根据壳单元各层材料在厚度方向满足直法线假定，由中心层的应变和曲率得到各层钢筋和混凝土的应变，进而由材料本构方程可以得到相应的应力，积分得到整个壳单元的内力。
分层壳单元考虑了面内膜变形和面外板之间的耦合作用，比较全面地反映了壳体结构的空间力学性能。分层壳单元可用于模拟钢筋混凝土剪力墙的非线性行为，剪力墙通常由若干混凝土层和钢筋层构成。
在 SAP2000 中，钢筋是单轴材料，通过指定材料角来描述钢筋的分布方向，钢筋层的厚度通过将实配钢筋均匀“弥散”为一层的原理来换算。对于混凝土材料，可以选择 Mander 模型来考虑箍筋的影响，用于模拟墙体顶部的约束混凝土。
因此，根据剪力墙的厚度、配筋量、钢筋分布方式、材料等级可以定义不同的分层壳单元，来模拟不同位置的墙肢或连梁的非线性行为。值得一提的是，在 SAP2000 中，用户可以有选择地考虑分层壳单元各个自由度方向的非线性行为，以及有选择地考虑平面外的非线性行为。换言之，用户可以根据实际情况合理简化剪力墙的分层壳模型，达到加快运算速度，保证计算精度的目的。
分层壳截面的定义
点击【定义>截面属性>面截面>添加面截面>非线性分层壳】命令，如下所示。
考虑一个 300mm 厚度的剪力墙，具有两层竖向钢筋和两层水平钢筋，保护层厚度为 50mm。两层水平钢筋各提供 0.25% 的配筋率，采用 φ14@200 方案（实际配筋率为 0.2564%）。两层竖向钢筋各提供 0.5% 的配筋率，采用 φ14@100 方案（实际配筋率为 0.513%）。当整个墙的面内膜变形和面外板变形（弯曲）均考虑非线性材料时，计算结果最“真实”，但不是最实用。分层壳截面的定义如下所示：
参 数 说 明：
层名
同一个分层壳截面中的各个层名必须唯一，但同一层名可在不同的截面中使用。这样可以在显示层应力结果时，显示同层名但不同截面的结果。
相对距离
层中心到参考面（一般为壳厚度方向的中面）的距离，沿壳单元局部 +3 轴方向为正。
厚度
模拟分布钢筋时，用户可用面积等效的方法将其等价为一个薄层。
类型：膜，板，壳
混凝土层既可以采用一个“壳”层模拟，也可以采用一个“膜”层加一个“板”层模拟。后者的优势在于可人为分离壳的面内膜变形和面外板变形（弯曲），例如：只考虑面内膜变形的材料非线性，面外板变形则保持为弹性，借此可有效减小计算量。
积分点数
材料非线性性能沿层厚度方向上的取样点，增加积分点可以捕捉截面沿厚度方向的非线性行为，但会增加计算量。
材料
当前层使用的材料
材料角度
材料局部轴与单元局部轴的夹角。用户可利用材料角度相差 90 度的两层单轴材料来模拟正交的钢筋网。
类型（材料性能）
方向性（Directional）材料性能可用于全部材料，耦合（Coupled）材料性能只适用于混凝土材料。耦合的材料性能采用修正的达尔文-佩克诺德（Darwin-Pecknold）混凝土本构模型，可考虑混凝土的轴力或弯矩与剪力之间的耦合作用以及开裂后的强度退化。
应力分量的材料性能：S11，S22，S12
各个应力分量的材料性能可选择线性、非线性或无效。真实的材料属性在各个方向都可以是非线性的，即：S11、S22、S12 都设为非线性最符合真实情况。但结构在可能遭受的荷载水平内，并非所有方向的材料都会进入非线性。
因此，根据工程经验和已有的分析数据，将可以忽略的应力分量设为无效，将不会出现材料非线性的应力分量为设为线性，这样可以有效降低分析规模，提高计算速度，同时也能得到合理的结果。
补充说明
通常，分层数量会显著影响计算量。例如，对于一个具有双层双向分布钢筋的剪力墙，可采用以下三种模拟方案：
A 方案 - 五层：一层混凝土+四层钢筋（双层双向）
B 方案 - 三层：忽略 A 方案中的两个水平钢筋层
C 方案 - 两层：在 B 方案的基础上合并两个竖向钢筋层
如果简化合理，以上三种方案得到的结果可能相差不大，但计算量却相差甚远。以上 A 方案的“快速定义”如下所示：
使 用 建 议
在实际工程中应用分层壳单元，常常会遇到分析时间过长，计算不收敛或不知如何查看结果等问题，这里给出几点使用建议：
第一，依据构件的期望行为合理简化分层壳，控制分层的数量和非线性自由度的数量。例如，剪力墙的面内和面外行为可分开定义且只考虑面内行为的非线性；钢筋层采用单轴材料，只激活 S11 即可；混凝土层的非线性仅限于面内的 S11 和S22，剪应力设为线性。
第二，分层壳截面的定义一定要仔细检查，任何一层的任何一个参数设置不合理都可能导致非线性分析无法收敛。
第三，分层壳单元可以输出应力和应变，应综合两者的结果判断结构行为。合理的分层壳设置可以提升计算效率，也有助于解释计算结果。