上海中心大廈塔樓采用了“巨型框架-核心筒-伸臂桁架”抗側力結構體系。該結構體系由以下幾部分組成：
1）巨型框架結構由8根巨型柱、4根角柱以及8道位于設備層的兩層高箱形空間環帶桁架組成，巨型柱和角柱均采用型鋼混凝土柱。
2）核心筒為鋼筋混凝土結構，截面平面形式根據建筑功能布置由低區的方形逐漸過渡到高區的十字形，在地下室以及1~2區核心筒翼墻和腹墻中設置鋼板，形成了鋼板組合剪力墻結構。
3）沿塔樓豎向共布置6道伸臂桁架，分別位于2，4~8區的加強層。伸臂桁架在加強層處貫穿核心筒的腹墻，并與兩側的巨型柱連接起來，增加了巨型框架在總體抗傾覆力矩中所占的比例。
