建筑功能的改造虽然是一门传统的建筑工程技术，但长期以来，许多设计工作者习惯于已有的经验做法，缺少系统的理论分析与试验研究，致使许多改造方案存在安全隐患以及工序复杂、施工难度大等弊端。因此，对此类改造项目进行研究，为建筑功能改造的优化设计提供参考与依据是很有必要的。本文以一框架结构的截柱扩跨改造为背景，结合现场调查情况，对改造方案进行了探讨，提出了利用焊接H型钢梁作为托换梁的设计思路，并结合预应力技术控制原屋面的挠度。为避免改造对原结构带来负面影响，设计中托换梁与原结构采用铰接的连接方法，并提出了实现铰接的控制办法。为考察托换梁的受力特性，在施加预应力过程中对钢梁的挠度、应变进行了监测。结果显示：钢梁始终在线弹性范围内工作，在加载过程中，其挠度进展缓慢，且在柱截断后改造结构变形稳定。此现象表明托换钢梁能安全的传递被截柱中荷载。试验还对混凝土柱的应变变化进行观测，结果显示施加预应力的同时达到了为混凝土柱卸载的目的。论文根据工程实际情况建立了有限元模型，绘制了模型荷载一挠度曲线和荷载一应变曲线，与试验结果吻合较好。同时模拟了钢梁上未施加预应力而直接截柱时改造结构的变形情况，结果显示：如不在托换梁上施加预应力，混凝土结构二次变形较大，这必将对原结构造成很大的影响，从而验证了此预应力技术的必要性。