Será necessário usar AJAX sim, basicamente você terá um pagina que vai mostrar o conteúdo dos outros arquivos como sobre.php, contato.php, portfolio.php através do load() do jquery ou do open('GET') do javascript e com o callback você poderá acionar o efeito que pretender.
Olha neste script em jQuery (JSFiddle):
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$(document).ready(function() {
var paginaXXX = "paginaXXX.php";
// On click faz o load
$('input[type="button"]').click(function(){
// Oculta a pagina actual
$('.conteudoActual').hide();
// Mostra a div carregando
$('.carregando').fadeIn();
// Lê o conteudo e quando o conteúdo for lido
// apresenta a pagina
$('.conteudo').load(paginaXXX, function() {
// Oculta o carregando
$('.carregando').hide();
// Mostra a página requisitada
$('.conteudo').fadeIn();
});
});
});
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