既有建筑的地下增层是采用一种新的方式对城市空间进行二次开发,是城市发展建设的一大趋势。该方法适用于交通拥挤的城市中心区域,既能保持城市原有的文化风貌,又能增建地下空间,在一定程度上缓解城市土地资源匮乏和城市交通拥挤问题。它涉及的工程技术领域非常广泛并且要求的技术难度非常高。其中基础托换和土方开挖是地下增层的核心技术,它们对地下增层工程的成败起着直接的作用。目前国内外研究人员对该领域进行了一定的研讨,大多数模拟和案例都是对于桩基托换的研究,但是对于地基土质较好,层数较少的建筑采用桩基托换技术不经济。因此针对此类建筑开展板式基础托换的研究,使其既能满足托换的设计要求又能实现经济的目的,具备深远的社会效益和广阔的使用前景。本文针对上述问题,对地下增层板式基础托换技术方案进行探究,通过设计模型试验探究结构沉降规律及跨度对沉降的影响。最后结合有限元三维数值模型,分析托换过程中的托换顶板的变形和柱脚沉降变化规律,本文主要工作和成果如下:(1)通过对国内外关于既有建筑地下增层的研究和存在的问题进行了总结,得出板式基础托换法适用于层数较少的框架结构和砖混结构的老旧房屋增层改造,并且对地下增层板式基础托换方法及其特点进行论述。提出了本文研究既有框架结构“十字形”板式基础托换的框架思路。(2)设计了一套关于地下增层“十字形”板式基础托换施工工艺。通过托换板顶板与地板的受力性状对托换板的厚度进行设计,得出地下室顶板的厚度设计为180mm,地下室底板设计为平板式筏基厚度为500mm。本次模型试验用钢管扣件式脚手架模型模拟既有框架结构,地基土采用天然地基土,土方开挖采用“双侧”对角式开挖。(3)为了更全面的对板式基础托换法柱脚沉降规律进行研究,分别对等跨框架结构和非等跨框架结构进行1:10的模型试验。研究托换过程分为顶板托换、一个方向对角土方开挖、接长坑内立柱、另一个方向对角土方开挖、接长坑内立柱、托换顶板下方土体开挖等六个工况,用百分表测量柱脚底部位置各工况沉降的变化值并计算出沉降差。最终得出等跨框架结构沉降规律为先开挖暴露的柱子的柱脚最终沉降小于后开挖暴露柱脚最终沉降值;非跨框架结构沉降规律为最终沉降与跨度大小有关,一般跨度越大会导致最终沉降也较大;通过等跨框架结构与非等跨框架结构沉降规律进行对比,可以得出非等跨框架结构的不均匀沉降更大。(4)采用ABAQUS建立三维实体模型,同样根据上面的六个工况对板式基础托换法施工过程进行建模,通过对数值计算结果分析,得出施工托换顶板工况中,中间部位柱脚沉降大于周边部位的柱脚;在后期的土方开挖阶段,部位的柱脚;不均匀沉降最大值发生在工况二(一个方向对角土方开挖)完成和工况四(另一个方向对角土方开挖)开始之间,所以在施工中尽量减少这段施工时间,且加强沉降观测;另外托换板应变图显示,土方开挖工序对托换顶板的应变影响较大,最大应变值发生在顶板边缘处,并且越靠近土方开挖处应变值越大;最后通过对比实验数据,板式基础托换法的试验研究验证了数值分析的正确性。