14
Facade Impact Resistance Manual Page 1 2387 NW 57th St. Miami, FL 33142 | Tel 786 877 7108 Fax 954 457 3592 | www.B-E-C.us | info@B-E-C.us 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 windborne debris impact; therefore, he frequently responds to questions dealing with the specifics of the hurricaneproof 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. 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 windpressureneutral (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 valueengineered 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 windresistant 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.

Facade Impact Resistance Manual

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Facade resistance manual

Citation preview

Page 1: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 1  

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 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.   

 

 

 

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 

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. 

Page 2: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 2  

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

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. 

 

 

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.

Glass breakage by windborne debris.  

Curtain wall framing intact. Atlanta 2008 

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

Page 3: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 3  

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

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.  

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.”  

Notes:  

1 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.” 

2 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. 

Map of High Velocity Hurricane Zone

(HVHZ) marked with red.

Base Wind Speed map copied from ASCE7‐

Page 4: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 4  

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

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. 

   

Page 5: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 5  

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

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. 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. 

2. 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. 

3. 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. 

4. Exterior wall or roof openings for wall‐ or roof‐mounted HVAC equipment. 

5. Openings for roof‐mounted personnel access roof hatches. 

6. 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. 

7. Louvers as long as they properly considered ASCE 7 in the design of the building. 

8. Buildings and structures for marinas, cabanas, swimming pools, and greenhouses. 

9. 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. 

10. 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.  

11. 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.  

12. 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. 

13. 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. 

Page 6: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 6  

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

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:  

3 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. 

4  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.  

5  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: 

Page 7: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 7  

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

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  

p                   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. 

Loss of a ceiling as a result of pressurization. 

Page 8: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 8  

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

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:  6 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. 

Page 9: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 9  

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

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 

Page 10: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 10  

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

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. 

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 

Window shades are often folded or 

rolled down to protect the window from 

impact of windborne debris. 

Page 11: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 11  

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

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. 

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.  

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 

Structural Panels – plywood boarding

Accordeon shutters – photo by A1A Garage Doors and Gates

Roll‐up  retrofit shutters – photo by Metrix USA

Fabric covering – photo by Storm Smart Industries

Page 12: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 12  

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

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.  

 

 

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 

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). 

Foam core metal cladding damaged by a high wind.

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

Note the deflection of the frame. 

Page 13: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 13  

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

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 

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 three days after a wind event. Atlanta, 2008

Roof perforation three years after a wind event.  

New Orleans, 2008 

Metal roof impacted by windoborne debris.  

Pembroke Pines, 2007 

Page 14: Facade Impact Resistance Manual

Facade Impact Resistance Manual Page 14  

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

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.