随着我国城镇化进程不断推进,许多既有建筑物因缺少地下停车场等设施,其使用功能上的缺陷日益凸显出来,既有建筑地下空间的开发和利用越来越引起人们的重视。既有建筑地下增层的关键技术是基础托换,其中托换桩的设置方式又分为在上部竖向构件两侧设置和在竖向构件中间位置设置。对于托换桩设置在中间位置,因上部结构荷载通过竖向构件施加在托换梁上,对该梁受剪能力提出了很高的要求;在地下增层基础托换时,由于上部既有建筑框架柱的存在,框架柱与托换梁的梁柱节点连接采用对框架柱进行四面包裹式双梁托换施工,以此保证托换过程的顺利完成。本文以淮阴某大厦地下增层为工程背景,采用原竖向构件中间设置托换桩的托换方式,通过Midas gen对普通钢筋混凝土托换梁、型钢混凝土托换梁和型钢混凝土托换梁兼作支护结构水平支撑,3种方案进行对比分析,研究其托换梁的受力机理、位移变形并进行设计优化。结果表明:(1)托换梁跨中位置承受上部较大荷载,为主受剪近似深受弯构件的双梁结构。(2)托换梁采用型钢混凝土托换梁,梁高从1.4 m减小为1.0 m,获得更大的净空,其自重与内力也相应减少。(3)型钢混凝土托换梁兼作支护结构水平支撑后进一步减少了托换梁箍筋。为进一步研究托换梁受剪机理,开展了1:2的大比例托换梁模型对比试验研究。针对不同工况(截面形式、配筋、单梁或双梁、内置H型钢)设计了共6个托换梁试件,通过对试件破坏过程、荷载-挠度曲线与荷载-应变曲线分析得出以下结论:(1)仅改变截面形式时,单梁截面与双梁截面相比,极限荷载大致相同,但双梁截面略高于单梁截面。(2)内置H型钢的钢筋混凝土托换梁与钢筋混凝土托换梁相比,内置H型钢可提高其斜截面受剪承载力,同时可提高构件延性,延缓脆性破坏。(3)托换梁的剪力主要由支座与加载点连线中点处的箍筋与型钢承担,试验梁最终破坏形态近似“拱”形。基于试验结果以及结合相关规范,采用桁架-拱计算模型,建立了该种托换方式下内置H型钢的钢筋混凝土托换梁斜截面受剪承载力公式,公式计算值与试验值误差不大,对今后的工程实践具有指导作用。