Facade Impact Resistance Manual

Published on March 2017 | Categories: Documents | Downloads: 39 | Comments: 0 | Views: 394
of 14
Download PDF   Embed   Report

Comments

Content

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 1

Facade Impact Resistance Manual
This  manual  is  intended  for  designers  designing 
large facades in the high wind regions. The author 
is a chairman of Building Enclosure Council (BEC) in 
Miami, FL, covering the areas subjected to the peril 
of  wind‐borne  debris  impact;  therefore,  he 
frequently responds to questions  dealing with the 
specifics  of  the  hurricane‐proof  façade  design.  
 
This  manual  is  intended  to  clarify  and  respond  to 
some  frequently  asked  questions,  typically  posed 
by  northern  designers  experiencing  lack  of 
information regarding impact resistance design for 
public,  commercial,  healthcare,  cultural  projects, 
and other large projects.   
Windborne debris damage to the curtain wall glazing. 
Miami Beach 2005 
 
  This  manual  is  organized  in  four  logical  steps:  Where,    What,    Why,  and  Design,    explaining    the    steps  a  

façade    designer    needs    to    follow    in    order    to  verify  and  address  the  elementary  impact  resistance 

  requirements. 
The origins of the impact resistance requirements.  
 After  Hurricane  Alicia  in  1983,  the  construction  community  started  to  slowly  realize  that  the 
hurricane  wind  is  overrated,  and  what  the  wind  carries,  including  the  windborne  debris,  is  often 
more dangerous than the pure wind pressure. It took  Hurricane Andrew to translate this awareness 
into specific code requirements. The basic phases are listed below: 
1. The  design  and  engineering.  The  facades  are 
designed  to  withstand  the  pressure  differential 
between  the  exterior  and  the  interior.  Designers 
assumed that the interiors of the building are fairly 
wind‐pressure‐neutral  (18%);  therefore,  a  facade 
was only designed for the fraction of the wind load 
that a corresponding freestanding wall would see.  
Also,  the  diagonal  bracing  was  often  value‐
engineered out of  the  facades.  The  original thought was  that the  sheathing  would  provide 
the adequate lateral stability instead. 
2. The wind event. A single shattered glass pane or an 
impacted  garage  door  would  equalize  the  wind 
pressure  inside,  significantly  increasing  the 
pressure  differential  seen  by  the  facade 
components.  All  it  took  was  a  single  pea  of  roof 
gravel  thrown  at  a  window.  The  wind‐resistant 
2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 2
framing  might  never  see  its  design  wind  load  because  the 
components (e.g. glass pane or sheathing) which were supposed 
to collect and transfer this load were already gone. 
The  sheathing  collects  the  wind  load;  once  the  sheathing  blew 
off,  it  could  no  longer  performs  the  function  of  the  lateral 
bracing  it  was  assumed  to  perform.  In  turn  the  framing  of  the 
building was compromised. 

3. Conclusion: A facade is only as good as its weakest component.  
The industry wasted thousands of tons of perfectly good aluminum, steel, and lumber to build 
highly  wind‐resistant  fenestration  framing  which  never 
saw its full load because the glass was broken before its 
load capacity could be used. Ironically, at the same time, 
the secondary structure of opaque facades was found to 
be  inadequately  engineered  for  the  wind  forces,  not 
taking into account the pressurization by openings. 
 
 

Glass breakage by windborne debris.  
Curtain wall framing intact. Atlanta 2008 

4. The  Result:  After  the  Hurricane  Andrew  some  of  the 
strictest  requirements  were  imposed  on  glazing  with 
the intent of keeping interiors pressure‐neutral. Today, 
glazing is often the safest place to hide behind during a 
hurricane  because  opaque  assemblies  in  Wind‐Borne 
Debris  Region  do  not  need  to  meet  same  impact 
requirements.   
Curtain wall loss as a result of wind pressurization.  
Fort Lauderdale, 2005, photo credit  Alexandro Abate.

 
Roof loss as a result of wind pressurization. Atlanta, 2008

 
 

 

 
2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 3

1. Where?  What triggers the impact resistance requirements? 
The  first  step  is  to  determine  the  project  requirements.  A  building  must  comply  with  the  codes 
having jurisdiction and requirements additionally imposed by the owner. We cannot encompass all 
individual  cases  (e.g.  specific  requirements  for  Texas,  Louisiana,  etc.)  but  the  two  sets  of 
requirements are the most typical and they are presented below. 
“Miami‐Dade” requirements – High Velocity Hurricane Zone (HVHZ) 
 Miami‐Dade County is exposed to the highest winds and therefore has 
imposed very strict standards for approval of products used there. The 
Florida  Building  Code  embraced  these  requirements  under  the  term 
HIGH‐VELOCITY  HURRICANE  ZONE  (HVHZ).  This  zone  consists  of 
Broward and Dade counties in South Florida only.  
Map of High Velocity Hurricane Zone
(HVHZ) marked with red.

Wind‐Borne Debris Regions (WDBR) 
If  the  building  doesn’t  happen  to  be  located  in 
Broward  or  Dade  counties  and  the  owner  has  not 
elected to voluntarily meet these requirements, you 
would need to verify if the project is located in the 
Wind‐Borne Debris Regions:  
U.S.  building  codes  derive  the  definition  from  the 
ASCE/SEI  7  “Minimum  Design  Loads  for  Buildings 
and  Other  Structures,”  which  describes:  “Areas 
within hurricane prone regions1 located:  
1. Within  1  mile  of  the  coastal  mean  high  water 
line where the basic wind speed2 is equal to or 
greater than 110 mph and in Hawaii, or  
2. In areas where the basic wind speed is equal to 
or greater than 120 mph.”  

Base Wind Speed map copied from ASCE7‐

Notes:  


The Hurricane Prone Regions are defined as: “Areas vulnerable to hurricanes; in the United States 
and its territories defined as: 
1. The U.S. Atlantic Ocean and Gulf of Mexico coasts where the basic wind speed is greater than 90 
mph. 
2.  Hawaii, Puerto Rico, Guam, Virgin Islands, and American Samoa.” 



How  do  you  figure  out  the  base  wind  speed?  This  is  often  a  challenge  in  the  early  stages  of  design.  In 
principal, you should figure it from the grainy maps published in ASCE/SEI 7 such as the one reproduced above 
and  from  the  respective  statewide  codes.  In  practice  however,  individual  jurisdictions  (counties  and  cities) 
have the tendency to override these provisions in many ways, and getting the information often proves to be 
very  tricky.  However,  these  modifications  are  typically  minor  ,and  an  approximation  is  often  found  good 
enough for the early stages of design. 

2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 4

Word of explanation regarding codes and standards.  
Unproportionately  large  part  of  this  note  deals  with  the  code  requirements,  which  may  sound 
overwhelming  in  spite  of  my  best  intentions to clarify  them. The chief reason is the  excruciatingly 
obscure way in which the legislation is written: 
In  some  countries,  the  code  specifies  the  general  intent  its  appendices  list  the  requirements 
comprising  the  qualifiers  (what  and  where),  pass/fail  criteria  (performance  threshold)  and  the 
referenced testing and calculation standards define the methods (procedures used to measure the 
performance).  
This way the general intent of the legislation is clear by reading the main body of a code, the specific 
performance  criteria  are  easy  to  revise  in  the  subsequent  editions  of  appendices,  and  only  the 
professionals are exposed to the detailed procedures written in separately developed standards. It 
also  affords  a  greater  flexibility,  with  the  stable  code,  regularly  updated  appendices,  and  scientific 
standards  published  at  their  own  pace.  Such  a  transparent  structure  also  offers  some  protection 
against contradictory requirements because inconsistencies and conflicts are easily identifiable and 
wetted  out  early.  Such  an  organization  is  seldom  seen  in  the  U.S.  as  clearly  demonstrated  in  this 
manual. 
Qualifiers placed in surprising places 
Some  codes  and  standards  contain  fairly  specific  inclusions  and  exclusions  to  their  specific 
requirements.  You  need  to  check  with  the  specific  jurisdiction.  In  the  example  below,  the  testing 
procedure standard contains qualifiers and criteria which should be addressed by the code: 
The ASTM E1996 “Standard Specification for Performance of Exterior Windows, Curtain Walls, Doors, 
and Impact Protective Systems Impacted by Windborne Debris in Hurricanes,” which provides testing 
information, includes separate classifications of the following: 
‐Wind Zones (referenced by ASCE7) 
1. Wind Zone 1—110 mph (49 m/s) ≤ basic wind speed <120 mph (54 m/s), and Hawaii. 
2. Wind Zone 2—120 mph (54 m/s)  ≤ basic wind speed <130 mph (58 m/s) at greater than 1.6 
km (one mile)from the coastline. The coastline shall be measured from the mean high water 
mark. 
3. Wind  Zone  3—130  mph  (58  m/s)  ≤ basic  wind  speed  ≤ 140  mph  (63  m/s),  or  120  mph  (54 
m/s)  ≤ basic  wind speed  ≤140 mph (63 m/s) and within 1.6  km (one mile) of  the coastline. 
The coastline shall be measured from the mean high water mark. 
4. Wind Zone 4—basic wind speed >140 mph (63 m/s) 
‐Protection Levels  
The  separate  classification  called  Levels  of  Protection  lists  three  levels,  including  the  “Enhanced 
Protection” corresponding roughly with the Occupancy Category IV , “Unprotected,” corresponding 
roughly  with  the  Occupancy  Category  I,  and  “Basic  Protection,”  corresponding  roughly  with  the 
Occupancy Category II. 
 
 

2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

 

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 5

2. What needs to be protected? 
Once  you  found  out  where,  the  second  step  is  to  determine  what:  1)  what  components  of  the 
façade and 2) what requirements apply to them. 
High‐Velocity Hurricane Zone (HVHZ) 
The requirements embrace BOTH opaque assemblies and openings. Also, they apply not only below 
but also ABOVE 60 feet (18.2 m) in height ( as opposed to Wind‐Borne Debris Regions). 
The Florida Building Code (FBC). SECTION 1626 “HIGH‐VELOCITY HURRICANE ZONES—IMPACT TESTS 
FOR  WIND‐BORNE  DEBRIS”  requires  that  “All  parts  or  systems  of  a  building  or  structure  envelope3 
such as, but not limited, to exterior walls, roof, outside doors, skylights, glazing and glass block shall 
meet impact test criteria or be protected with an external protection device4 that meets the impact 
test criteria. Test procedures to determine resistance to wind‐borne debris of wall cladding, outside 
doors,  skylights,  glazing,  glass  block,  shutters  and  any  other  external  protection  devices  shall  be 
performed in accordance with this section.”  
This obscure requirement is followed by 8‐point long list of exceptions. Surprisingly, the section ends 
with another list of exceptions, overlooked in the main article. Here are all the exceptions compiled 
for you: 
1.
2.
3.
4.
5.
6.

7.
8.
9.
10.

11.

12.

13.

Roof assemblies for screen rooms, porches, canopies, etc. attached to a building that do not breach 
the exterior wall or building envelope and have no enclosed sides other than screen. 
Soffits5, soffit vents and ridge vents. Size and location of such vents shall be detailed by the designer 
and shall not compromise the integrity of the diaphragm boundary. 
Vents  in  a  garage  with  four  or  fewer  cars.  Size  and  location  of  such  vents  shall  be  detailed  by  the 
designer and shall not exceed the minimum required area by more than 25 percent. 
Exterior wall or roof openings for wall‐ or roof‐mounted HVAC equipment. 
Openings for roof‐mounted personnel access roof hatches. 
Storage sheds that are not designed for human habitation and that have a floor area of 720 square 
feet  (67  m2)  or  less  are  not  required  to  comply  with  the  mandatory  windborne  debris  impact 
standards of this code. 
Louvers as long as they properly considered ASCE 7 in the design of the building. 
Buildings and structures for marinas, cabanas, swimming pools, and greenhouses. 
Exterior  concrete  masonry  walls  of  minimum  nominal  8‐inch  (203  mm)  thickness,  constructed  in 
accordance with Chapter 21 (High‐Velocity Hurricane Zones) of this code. 
Exterior frame walls or gable ends constructed in accordance with Chapter 22 and Chapter 23 (High‐
Velocity Hurricane Zones) of this code ,sheathed with a minimum 19/32‐inch (15 mm) CD exposure 1 
plywood and clad with wire lath and stucco installed in accordance with Chapter 25 of this code.  
Exterior  frame  walls  and  roofs  constructed  in  accordance  with  Chapter  22  (High‐Velocity  Hurricane 
Zones)  of  this  code  sheathed  with  a  minimum  24‐gage  rib  deck  type  material  and  clad  with  an 
approved wall finish.  
Exterior reinforced concrete elements constructed of solid normal weight concrete (no voids), designed 
in accordance with Chapter 19 (High‐Velocity Hurricane Zones) of this code and having a minimum 2‐
in. (51 mm) thickness. 
Roof  systems  constructed  in  accordance  with  Chapter  22  or  Chapter  23  (High‐Velocity  Hurricane 
Zones)  of  this  code,  sheathed  with  a  minimum  19/32‐inch  (15  mm)  CD  exposure  1  plywood  or 
minimum nominal 1‐inch (25 mm) wood decking and surfaced with an approved roof system installed 
in accordance with Chapter 15 of this code. All connectors shall be specified by the building designer of 
record for all loads except impact. 
2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

 

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 6

Note:  These  exceptions  cause  a  lot  of  confusion,  even  with  experienced  and  competent  design 
professionals.  In  one  instance  I  know  about,  a  famous  building  enclosure  consultant  from  South 
Florida requested the impact tests for the exterior masonry walls.  
Notes:  


Are the words “building” and “structure” used as adjectives or is the “building” a separate subject? I 
guess  the  former  is  true.  However,  let  me  know  if  you  found  the  definition  of  the  “structure 
envelope.”  I  did  not.  My  educated  guess  is  it  should  be  read  as  either  the  “Components  and 
Cladding” as defined by ASCE/SEI 7.  
COMPONENTS AND CLADDING: Elements of the building envelope that do not qualify as part of the 
MWFRS. 
BUILDING ENVELOPE: Cladding, roofing, exterior walls,glazing, door assemblies, window assemblies, 
skylight assemblies,and other components enclosing the building. 


This  requirement  may  be  also  interpreted  as  an  indirect  definition  of  the  “external  protection 
devices” by including and excluding them in two recitations of façade components, with and without 
shutters.  Identical,  redundant  recitations  are  repeated  in  three  TAS  standards:  201,  202,  and  203. 
Needless to say, I found no definition of a “protection device” in the code. Again, my guess it should 
be read as “Impact Resistant Covering” defined in ASCE/SEI 7:  
IMPACT  RESISTANT  COVERING:  A  covering  designed  to  protect  glazing,  which  has  been  shown  by 
testing in accordance with ASTM El886 and ASTM El996 or other approved test methods to withstand 
the impact of wind‐borne debris missiles likely to be generated in wind‐borne debris regions during 
design winds.  


It  is  unclear  why  soffits  (p.2)  are  excluded  in  HVHZ,  since  many  exterior  soffits  in  modern 
architecture  are  not  protected  by  structural  slabs.  The  interested  reader  may  also  read  the 
discussion about opaque assemblies in the Design section below. 
Wind‐Borne Debris Regions 
The requirements embrace ONLY THE GLAZED OPENINGS, depending on their height above grade: 
1.  Below  30  feet.  Glazed  openings  located  within  30  feet  (9144  mm)  of  grade  shall  meet  the 
requirements of the Large Missile Test.  
2.  Above  30  feet  and  below  60  feet  Glazed  openings  located  more  than  30  feet  (9144  mm)  above 
grade shall meet the provisions of the Small Missile Test. 
3. Above 60 ft. Glazing above 60ft needs to be protected only if there is a potential source of debris 
within 1,500 ft (457 m) of the new building. For example, loose roof aggregate that is not protected 
by  an  extremely  high  parapet  should  be  considered  as  a  debris  source.  If  loose  roof  aggregate  is 
proposed for the new building, it too should be considered as a debris source because aggregate can 
be blown off the roof and be propelled into glazing on the leeward side of the building. (ASCE/SEI 7) 
The Florida Building Code (FBC) lists the following exceptions: 

2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

 

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 7

1. Storage sheds that are not designed for human habitation and that have a floor area of 720 
square feet (67 m2) or less are not required to comply with the mandatory windborne debris 
impact standards of this code.  
2. Openings  in  sunrooms,  balconies  or  enclosed  porches  constructed  under  existing  roofs  or 
decks are not required to be protected provided the spaces are separated from the building 
interior by a  wall and all  openings  in the separating wall  are protected in  accordance  with 
Section 1609.1.2. Such spaces shall be permitted to be designed as either partially enclosed 
or enclosed structures. 
3. Glazing  in  Occupancy  Category  I  buildings  including  greenhouses  that  are  occupied  for 
growing plants on a production or research basis, without public access shall be permitted to 
be unprotected.  
4. Glazing in Occupancy Category II, III or IV buildings located over 60 feet (18 288 mm) above 
the ground and over 30 feet (9144 mm) above aggregate surface roofs located within 1,500 
feet (458 m) of the building shall be permitted to be unprotected. 
5. Louvers located within 30 feet of grade need to meet the Large Missile Test of ASTM E 1996. 
The International Building Code (IBC) gave the third option: to qualify the glazing as an opening: 
 1609.1.4.1 Building with openings. “Where glazing is assumed to be an opening in accordance with 
Section 1609.1.4, the building shall be evaluated to determine if the openings are of sufficient area to 
constitute  an  open  or  partially  enclosed  building  as  defined  in  Section  1609.2.  Open  and  partially 
enclosed buildings shall be designed in accordance with the applicable provisions of ASCE 7.” 
 
However,  the  option  of  unprotected  glazing  was 
eliminated for most buildings in the 2005 edition of the 
ASCE7  standard  to  reduce  the  amount  of  wind  and 
water  damage  to  buildings  during  design  wind  storm 
events.  The  wind  pressurization  of  the  interiors  often 
causes collapse of internal partitions which are seldom 
designed to withstand the exterior wind pressure. 
 
 
Note:  It  was  reported  that  some  framed  walls  built 
according  to  the  presciptive  code  requirements  do  not  
Loss of a ceiling as a result of pressurization. 

 
 
 
 
         pass  the  glazing  impact  testing  criteria,  prompting  the  
 
 
 
 
 
         ironic  conclusion  that  windows  are  the  safest  place  to  
 
 
 
 
 
         hide in case of a hurricane.  

3. How?  Methods of compliance. 
General Concept. 
Once  you  found  where  and  what,  the  next  question  is  how.  The  impact  resistance  is  generally 
demonstrated only by testing. The “rational analysis” is allowed by the codes but the industry lacks 
the  “sound  engineering  practices”  to  perform  such  analysis  so  far.  Our  computers  are  not  fast 
enough yet to perform such simulations. 
There  are  number  of  test  procedures  quoted  in  legislation.  All  the  impact  test  regimens  have  a 
similar series of required tests: large missile, small missile, and cyclic loading. 

2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 8

The  large  missile  test,  as  its  name  implies,  involves  the  use  of  a  large  object  to  test  the  glazing, 
simulating the impact of windborne debris such as signage, yard furniture, and other common items 
that  may  be  picked  up  by  high  winds.  A  mockup  of  the  assembly  to  be  tested  is  installed  in  a 
supporting frame and an 8’ long piece of 2”x4” lumber is fired from an air cannon. 
The small missile test involves the use of small steel balls fired at the specimen in order to simulate 
the effect of small windborne debris such as roof gravel easily lifted by high winds and thrown into 
glazing.  
Cyclic load testing is performed after the impact tests to simulate the action of the hurricane winds 
on  the  impacted  specimen.  The  pressure  in  the  chamber  can  be  altered  by  the  use  of  a  variable 
speed  fan  to  force  air  into  or  out  of  the  chamber.  The  cyclic  load  is  applied  as  a  number  of 
fluctuations  from  the  atmospheric  pressure  to  positive  pressure  or  negative  pressure  in  an 
incremental  fashion  with  the  number,  duration  and  magnitude  of  the  cycles  specified  by  the  test 
standard and codes. 
General Criteria of Acceptance.  
The tested assemblies are generally required to reject missile impacts with no penetration and resist 
the cyclic pressure loading with no crack forming longer than 5 inches. The HVHZ testing criteria are 
stricter  than  the  Wind‐Borne  Debris  Regions  regarding  the  character  and  size  of  objects  that  may 
pass thru the crack:  1/16” wide air stream in HVHZ versus 3” diameter sphere in Wind‐Borne Debris 
Region. 
Wind‐Borne Debris Regions – Specific Procedures  
Florida Building Code (FBC), par. 1609.1.2 Protection of openings. States: “Glazed opening protection 
for  wind‐borne  debris  shall  meet  the  requirements  of  SSTD  126,  ASTM  E  1886  and  ASTM  E  1996, 
ANSI/DASMA  115  (for  garage  doors  and  rolling  doors)  or  TAS  201,  202  and  203  or  AAMA  5067 
referenced therein.” The exception is made for louvers located within 30 feet of grade which need to 
meet the Large Missile Test of ASTM E 1996. 
Glazing (or its impact‐resistant cover) below 30' is subject to large missile impact tests, and above 
30' and below 60' is subject to small missile impact tests. Three specimens shall be tested and three 
impacts  per  specimen  are  required.  Then  the  product  is  subjected  to  fatigue  cyclic  wind  loading, 
positive and negative. 
You may feel a little dizzy after this recitation of acronims and digits above. As mentioned above, all 
the impact test regimens have a similar series of required tests: large missile, small missile, and cyclic 
loading.  For  the  majority  of  applications  (both  walls  and  openings),  either  of  the  two  basic  test 
protocols TAS or ASTM would apply.  
Notes:  

SSTD 12 is absolete. See below – under SBCCi. 
7

 This is voluntary (having option to go with ASTM E 1886 and E1996 standards). See below ‐ under 
AAMA. 

2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

 

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 9

Testing Application Standards (TAS)  
TAS  stands  for  Testing  Application  Standards  and  is  included  in  a  separate  volume  of  the  Florida 
Building  Code  (available  free  of  charge  online).  TAS  superseded  PA  (Product  Approvals  prepared 
according to Miami Dade County Test Protocols).  You will find plenty of references to PAs in many 
publications. The trailing digits (201, 202, 203) remain the same. See also below under “Miami Dade 
County Building Code Compliance Office Protocols ‐ Product Approvals (PA).” 
The  protocol  TAS  201  covers  procedures  for  conducting  the  impact  test  of  materials.  The  large 
missile test requires firing a 2x4 weighting 9lbs (which means it’s approximately 8ft long) at velocity 
50  feet  per  second.    The  small  missile  impact  test  requires  firing  30  solid  steel  balls  of  5/16‐
in.diameter weighting 2 grams at velocity 130 feet per second.   
Any  specimen  that  passes  the  large  missile  impact  test  need  not  be  tested  for  the  small  missile 
impact test if the specimen has no opening that a 3/16 inch sphere can pass through. 
The protocol TAS 202 covers procedures for conducting a uniform static air pressure test. It contains 
its own water testing procedure and references ASTM E 283 for air tightness test. 
The protocol TAS 203 covers procedures for conducting the cyclic wind pressure loading test. 
Notes:  Confusingly,  it  is  impossible  to  read  TAS  without  the  referenced  fragments  of  the  Section 
1625  and  1626  of  Florida  Building  Code  (FBC)  which  deal  with  the  HVHZ  and  contain  fragmentary 
descriptions  of  the  testing  procedures  mixed  with  the  pass/fail  criteria.  Therefore,  some  of  these 
HVHZ procedures apply to Wind‐Borne Debris Regions by a reverse reference. 
American Society for Testing and Materials (ASTM) 
Two ASTM tests describe the small and large missile impact tests and the cyclic test, similar to the 
ones described in the TAS 201 and TAS 203. 
ASTM  E  1996  “Standard  Specification  for  Performance  of  Exterior  Windows,  Curtain  Walls,  Doors, 
and  Impact  Protective  Systems  Impacted  by  Windborne  Debris  in  Hurricanes”  provides  the 
information  required  to  conduct  the test  method  ASTM  E  1886.  Confusingly,  it  lists  qualifiers  (e.g. 
building  and  location  classifications)  and  pass/fail  criteria  in  addition  to  the  descriptions  of  the 
procedure, specimens, reporting requirements, etc.  These qualifiers and criteria are not addressed 
by the Florida Building Code (FBC). See paragraph titled “Word of explanation…” above. 
ASTM  E  1886  specifies  how  the  Large  Missile  Test  is  conducted.  It  describes  the  method,  the 
apparatus, its calibration, the test procedure, etc. in a much greater detail than TAS 201. 
American Architectural Manufacturers Association (AAMA) 
It’s a short pass‐thru document. AAMA 506 references the ASTM E 1886 and E1996 standards and 
adds  8  additional  requirements  for specimens and  reporting.  It can be  read  as a voluntary  option, 
since it is listed as an alternative to ASTM E 1886 and E1996. 
Standard Building Code (SBCCI) 
The old 1997 SBCCI includes SSTD 12 “Standards for Determining Impact Resistance from Windborne 
Debris” which is generally similar to the tests listed above. However, the SBCCI SSTD‐12 test allows 
the use of a weighted pendulum to simulate the 2x4 impact in  the large missile test. The SSTD 12 

2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

 

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 10

test standard is apparently no longer accepted although the requirement is incorporated in the FBC 
2007. 
Miami Dade County Building Code Compliance Office Protocols ‐ Product Approvals (PA)  
They were superseded  by Testing Application Standards (TAS) incorporated in the Florida Building 
Code (FBC). See also above under “Testing Application Standards (TAS).” 
High‐Velocity Hurricane Zone (HVHZ) 
The testing criteria are stricter than the Wind‐Borne Debris Regions as noted above.  
Florida Building Code (FBC), SECTION 1626 “HIGH‐VELOCITY HURRICANE ZONES—IMPACT TESTS FOR 
WIND‐BORNE DEBRIS” contains 31 mixed fragments of the procedures and the criteria for small and 
large missile impact that should be read in addition to the wind‐borne debris requirements and the 
Testing  Application  Standard  (TAS)  201.  Some  of  these  procedures  apply  to  Wind‐Borne  Debris 
Regions by a reverse reference. Some are redundant with the standards.  
We do not list them here for two reasons: 1)because the code is available free of charge online and 
2)because  the  detailed  testing  procedures  are  of  little  interest  to  the  average  architect.  They  are 
domain of testing laboratories and building enclosure professionals. 

4. Design. Meeting the requirements.  
The average architect is very limited in their choice of the facade products and systems. The list of 
impact‐tested  products  is  very  short  and  contains  chiefly  almost  identical  products  manufactured 
and  sold  in  the  low‐rise  market,  such  as  accordion  shutters  and  hung  windows.  Commercial 
products’ sector experiences a similar misery. Last time I checked, only 62 skylights were tested and 
most of them were small polycarbonate units commonly used in small commercial applications. 
There  are  four  components  that  architects  typically  ask  about:  glazing,  opaque  cladding,  shutters, 
and roofs.  
1) Shutters or more generally “Impact Resistant Coverings.” 
Permanent coverings may serve as shades and are highly 
recommended to reduce the solar heat gain and protect 
the interiors from burglars. There are plenty of types to 
choose  from,  including  stretched  fabric  nets  installed  in 
front of a protected opening. Most of them is dedicated 
to residential applications, but architects should become 
familiar  with  them  before  designing  custom  systems 
dedicated for commercial and public projects. 

Window shades are often folded or 
rolled down to protect the window from 
impact of windborne debris. 

The  most  popular  in  South  Florida  are  two  types:  metal 
storm  panels,  and  accordeon  shutters.  Metal  panel  is  one 
of  the  least  expensive  systemic  options.  It  is  typically 
comprised  of  horizontal  rails  fixed  above  the  head  and 
below the sill and a stock of corrugated metal panels stored 
on site and bolted to the rails after a hurricane warning is 
issued. The disadvantages include a dark interior, industrial 
Metal storm panels – photo by Muhler 
2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 11

look,  cumbersome  installation,  the  need 
for  a  separate  storage  space,  and  a  low 
security of the solution.  
Accordeon  shutters  eliminate  the  two  last 
disadvantages. They are permanently fixed 
to their frame and unfolded in anticipation 
of  a  storm,  locked  with  key  lock.  Their 
operation  may  require  access  from  the 
exterior,  depending  on  the  specific 
configuration. 

Accordeon shutters – photo by A1A Garage Doors and Gates

Many users discovered that due to cumbersome installation and operation as well as for the 
security purposes, shutters are typically kept permanently closed, making opaque coverings 
less  desirable  than  translucent  or  transparent  ones.  Also,  shutters  may  interfere  with 
window washing access. 
Recently,  we  see  the  major  influx  of  two  types: 
the  vertical  roller  shades  and  translucent 
polycarbonate  storm  coverings.  The  former  are 
used  extensively  in  Europe,  outside  wind‐borne 
debris  areas,  for their  good  security  performance 
and easy remote operation.  

Roll‐up  retrofit shutters – photo by Metrix USA

Structural Panels – plywood boarding

They  also  offer  unobstrusive  appearance  if 
incorporated properly  in the design, with the coil 
and  side  rails  concealed  within  the  depth  of  the 
wall.  This  type  is  often  used  in  commercial  and 
public  buildings  because  it  does  not  require 
exterior  access  and  can  be  tied  into  the  central 
computer  system  and  electronically  operated  on 
daily basis. 
Polycarbonate storm coverings are popular due to 
their translucency. They are intended to be stored 
on  site  and  installed  in  anticipation  of  a  storm.  In 
practice,  they  are  often  left  on  windows 
    permanently. 

Stuctural  Panels.  The  least  expensive  and  the  most  popular 
version  of  opening  protection  is  a  simple  plywood  boarding. 
It’s  enough  for  a  homeowner  to  keep  a  sufficient  stock  of 
plywood around ready to attach when a hurricane is forecast, 
to meet the code requirement.  
Note:  In  Florida,  shutters  are  typically  owned  by  owners  of 
individual  condominium  units;  therefore,  a  designer  of  a 
Fabric covering – photo by Storm Smart Industries
2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 12

multifamily building may want to address them holistically to avoid a patchwork appearance.  
2) Glazing.  Laminated  glass  is  a  prerequisite  for  the  achievement  of  the  impact  resistance  in 
fenestration  and  the  biggest  factor  influencing  cost.  Large  expanses  of  glazing  such  as 
curtain  walls  and  high‐rise  applications  characterized  by  a  challenging  access  may  be 
cumbersome to protect with standard shutters or portable protection means. Skylights and 
sloped  glazing  are  typically  laminated  anyway.  Glass  overhangs  are  defined  by  code  as 
skylights (not soffits) and need to be tested or protected as well to meet the code. The side 
effect  of  the  sturdy  framing  and 
continuous  structural  silicone 
joints  that  are  necessary  to  pass 
the  tests  is  the  increased  water 
and air‐tightness performance, in 
spite of  abysmal  engineering  and 
detailing typically seen in catalogs 
of  the  manufacturers  selling  to 
this  market.  Laminated  glass  is 
also  a  prerequisite  for  security 
applications  such  as  blast  
       
protection.  
 

Laminated glazing exposed to the high wind and impact stays In frame. 
Note the deflection of the frame. 

 
3) Opaque Walls. Opaque cladding and louvers in HVHZ are typically excluded from testing if 
the backing assembly itself meets the impact requirements. It is accepted that the cladding 
can become destroyed as long as 
the  underlying  structure  is  not 
penetrated,  per  the  criteria 
described  in  testing  procedures 
listed above. The cladding should 
remain  positively  attached  to 
avoid  danger  of  becoming 
windborne  debris.  Owners  may 
elect to have expensive and hard‐
to‐match  cladding  material  such 
as  the  natural  stone  either 
produced and installed in thicker 
Foam core metal cladding damaged by a high wind.
veneer  slabs  or  continuosly 
backed  with  a  stronger  material,  to  increase  their  impact  resistance  and  reduce  the 
frequency  of  replacements.  Spandrel  glazing  in  this  case  is  treated  as  a  vision  glazing  and 
needs  to  either  pass  the  impact  tests  or  the  opening  must  be  equipped  by  a  separate 
protection  device.  Soffits  and  vents  are  surprisingly  excluded  by  the  code;  however,  we 
suggest they are designed to the same standards as the respective vertical walls, particularly 
in  applications  not  protected  by  the  stuctural  slab  (e.g.,  bottoms  of  protruding  windows). 
2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 13

Flexible cladding, such as metal panels, flashings, etc. often mysteriously fail to wind in spite 
of  a  seemingly  sufficient  attachment.  They  are  subject  to  aeroelastic  response  distributing 
wind reactions unevenly and overstressing fasteners, which is not addressed in codes.  
4) Roofs. Roofs are typically excluded from impact testing by the virtue of a strong structural 
deck or a prescriptive code path. They are typically designed, tested, and built to meet the 
extreme 
wind 
uplift 
requirements.  Inverted  roofing 
systems are seldom seen in high‐
wind  areas  due  to  the  practical 
difficulties  of  keeping  the  roof 
ballast  from  becoming  a 
windborne  debris.  For  the  same 
reason, such a ballast is off‐limits 
in  HVHZ.  From  the  impact 
standpoint,  the  good  practice  is 
to  specify  a  roofing  membrane 
characterized  by  a  high  puncture 
Roof three days after a wind event. Atlanta, 2008
resistance,  such  as  a  build‐up 
roofing  system  with  four  or  more  plies.  This  is  particularly  important  in  flat  roofing 
applications,  which  are  challenging  to  effectively  protect  with  tarps  and  other  temporary 
means.  They  become  penetrated  by  numerous  flying  debris  and  left  exposed  to  rain 
sometimes  for  years  after  a  wind  event,  resulting  in  consequential  damages  to  interiors 
exceeeding  many  time  the  cost  of  the  roofing.  Shortages  of  construction  supplies  and 
building  contractors  are  common  in  areas  affected  by  wind  events.  Insurance  adjustment 
disputes and financial difficulties caused by high deductibles parallel to cash flow stoppage 
due to business interruption may contribute to the delay. Another way is specification of a 
roofing  system  that  is  characterized  by  the  inherent  high  uplift  resistance  and  easy  water 
intrusion detection, such as a seamless liquid applied roofing on a polyurethane spray foam. 
 

 

Roof perforation three years after a wind event.  
New Orleans, 2008 

Metal roof impacted by windoborne debris.  
Pembroke Pines, 2007 

2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

Facade Impact Resistance Manual
 

Page 14

5. References 
Miami ‐ Dade County, Florida ‐ Code of Ordinances 
http://library.municode.com/index.aspx?clientId=10620&stateId=9&stateName=Florida 
Miami ‐ Dade County, Florida –Product Control Search 
http://www.miamidade.gov/buildingcode/pc‐search_app.asp 
ASCE/SEI 7‐2005 “Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures” 
Florida Building Code (FBC) ‐2007 
International Building Code (IBC) ‐2006 
ASTM  D5635  “Standard  Test  Method  for  Dynamic  Puncture  Resistance  of  Roofing  Membrane 
Specimens” 
ASTM E1996 “Standard Specification for Performance of Exterior Windows, Curtain Walls, Doors, and 
Impact Protective Systems Impacted by Windborne Debris in Hurricanes” 
 
About the author 
Karol Kazmierczak (Kaz), CSI, CDT, AIA, ASHRAE, NCARB, LEED AP, is the Senior Building Science Architect 
at Building Enclosure Consulting, LLC and the leader of the BEC Miami. He has 14 years of experience in 
building enclosure technical design, engineering, consulting, and inspection, with significant knowledge of 
curtain walls and architectural glass and a particular focus on thermodynamics. He can be contacted via  
e‐mail at info@b‐e‐c.us, webpage www.b‐e‐c.us  and telephone (786) 877 7108.  
 
 
 
 
 
DISCLAIMER 
The author is not an attorney and any information derived or found in this material is NOT to be construed as legal advice 
and  is  for  educational  purposes  only.  Contact  an  attorney  if  you  have  any  questions  about  statements  in  this  material 
before  you  take  any  action  on  your  own.  The  author’s  comments  about  architects,  engineers,  attorneys,  contractors, 
manufacturers,  managers, administrators,  and  any  other  profession mentioned  in this  material  are not meant to be any 
indictment of character or generalization about any group or any individuals. The author believes any and all statements in 
this material are true to the best of his knowledge. For no specific reason, other than to save space, we have used the male 
gender  (his,  he)  in  all  places  where  the  female  gender  (her,  she)  would  fit  equally  as  well.  Any  similarities  to  the  actual 
situations,  persons,  jobs,  constructions,  and  discussions  are  strictly  coincidental.  Limits  of  Liability  and  Disclaimer  of 
Warranty: The author and publisher of this material have used their best efforts in preparing this information. They make 
no  representation  or  warranties  with  respect  to  the  accuracy,  applicability,  or  completeness  of  this  material  and  its 
contents. They disclaim any warranties either expressed or implied, merchantability, or fitness for any reason or particular 
purpose. The author, publisher, and the above mentioned companies shall in no event be held liable for any loss or other 
damages, including but not limited to special, incidental, consequential, or other damages. The advice of a competent legal 
professional should be sought if the reader has any questions what‐so‐ever. 

2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | [email protected]

 

Sponsor Documents

Or use your account on DocShare.tips

Hide

Forgot your password?

Or register your new account on DocShare.tips

Hide

Lost your password? Please enter your email address. You will receive a link to create a new password.

Back to log-in

Close