超限高层建筑结构由于结构高度超限或规则性超出规范的要求，因此必须对此类结构进行专门的分析与研究，为设计提供可靠的理论依据。尤其是结构方案的合理选型和优化研究对整个结构的安全及综合经济效益起着至关重要的作用。本文以位于西安市北郊的某一超限高层建筑为工程背景，对该结构的结构方案选型进行了研究，分析了三种结构方案的抗震性能，并对优选的采用钢管混凝土柱的框架-核心筒体系进行了优化研究。主要研究内容和结论如下：首先，应用SAP2000软件分别对采用钢筋混凝土柱的框架-核心筒结构、采用型钢混凝土柱的框架-核心筒结构以及采用钢管混凝土柱的框架-核心筒结构进行有限元建模及模态对比分析，计算和分析了风荷载和地震作用下三种结构的侧移。结果表明，采用钢管混凝土柱的框架-核心筒结构侧移变形最小，而采用钢筋混凝土柱的框架-核心筒结构侧移变形最大。进而对采用钢筋混凝土柱的框架-核心筒结构分别选取两条实际记录地震波El-Centro波、Taft波和一条人工模拟地震波进行弹性时程分析和弹塑性时程分析。结果表明，该结构的变形虽然符合抗震规范的要求，但变形却明显偏大，在局部层中存在薄弱环节。然后，对三种框架-核心筒结构进行Pushover分析，分别获得了三种结构在多遇地震和罕遇地震作用下层间位移角值。对比分析发现：采用钢筋混凝土柱的框架-核心筒结构变形最大，存在着明显薄弱环节，采用型钢混凝土柱的框架-核心筒结构的变形居中，而采用钢管混凝土柱的框架-核心筒结构变形最小，其抗震性能最优。最后，对优选后的采用钢管混凝土柱的框架-核心筒结构进行了基于性能的优化研究，采用弹塑性静、动力分析软件EPDA&PUSH对优化后的结构进行弹塑性变形验算，分析结果表明，优化后的结构方案截面尺寸明显减小，造价降低，抗震性能良好，满足结构性能化设计目标。本文的研究结果可为该超限高层建筑的结构设计提供重要的理论依据，并对类似的超限高层建筑结构方案研究提供参考。