服役结构进行钢结构增层是近年来应用较为广泛的一种房屋增层的形式，它具有质量轻、抗震性能优良和施工快速等优点；与混凝土结构相比，在技术性、经济性以及安全性等方面具有明显优势，因而具有很强的工程应用价值。然而，由于目前尚无完善的设计方法和相关的规范，并且，原结构采用钢结构增层以后，结构的整体质量、刚度、阻尼比等都会发生变化，应深入研究增层后结构的整体性能。本文首先对钢结构增层结构方案、柱脚施工以及下部结构的加固方法进行了较为详细的归纳和论述。对服役结构在进行钢结构增层过程中的一些关键问题进行了分析。然后，运用有限元分析软件ANSYS对原五层钢筋混凝土框架结构分别增加一层、二层钢结构来建立一榀框架的有限元模型，进行了静力分析，探讨了增层结构与原框架结构的连接方式，分析比较了采用铰接与刚接两种不同的连接结构的层间位移的变化。研究表明，采用刚接形式对控制位移有利。最后，对不同增层方案的三维有限元整体模型分别进行了模态分析、谱分析和时程分析，得到了结构在多遇地震以及罕遇地震作用下的结构的变形、位移、层间位移角、层间剪力等。从分析结果表明：多层框架结构增层后，结构的应力、应变在增层楼层底部的变化比较明显，将会成为结构的薄弱层，需进行抗震验算；增层层数较多时，需要考虑结构高阶振型的影响。通过研究验证了多层框架钢结构增层的可操作性，获得了钢结构增层结构的受力和变形规律，为钢结构增层结构的设计提供了理论参考。